Selvkørende mikrorobotter

De fleste syntetiske materialer, herunder dem i batterielektroder, polymermembraner, og katalysatorer, nedbrydes over tid, fordi de ikke har interne reparationsmekanismer. Hvis du kunne distribuere autonome mikrorobotter inden for disse materialer, så kunne du bruge mikrorobotterne til løbende at foretage reparationer indefra. En ny undersøgelse fra laboratoriet af Kyle Bishop, lektor i kemiteknik, foreslår en strategi for mikroskala -robotter, der kan fornemme symptomer på en materialefejl og navigere autonomt til defektstedet, hvor korrigerende handlinger kunne udføres. Undersøgelsen blev offentliggjort i Fysisk gennemgangsforskning 2. december kl. 2019.

Svømmebakterier leder efter områder med høj næringsstofkoncentration ved at integrere kemiske sensorer og molekylære motorer, meget gerne en selvkørende bil, der bruger oplysninger fra kameraer og andre sensorer til at vælge en passende handling for at nå sin destination. Forskere har forsøgt at efterligne denne adfærd ved at bruge små partikler, der drives af kemiske brændstoffer eller andre energitilførsler. Mens rumlige variationer i miljøet (f.eks. i brændstofkoncentrationen) kan virke til fysisk orientering af partiklen og derved styre dens bevægelse, denne type navigation har begrænsninger.

"Eksisterende selvkørende partikler ligner mere et løbsk tog, der mekanisk styres af de snoede skinner end en selvkørende bil, der autonomt styres af sensoriske oplysninger, "siger biskop." Vi spekulerede på, om vi kunne designe mikroskala robotter med materialesensorer og aktuatorer, der navigerer mere som bakterier. "

Bishop's team udvikler en ny tilgang til kodning af den autonome navigation af mikrorobotter, der er baseret på formskiftende materialer. Lokale træk ved miljøet, såsom temperatur eller pH, bestemme partikelens tredimensionelle form, som igen påvirker dens selvkørende bevægelse. Ved at kontrollere partikelens form og dens reaktion på miljøændringer, forskerne modellerer, hvordan mikrorobotter kan konstrueres til at svømme op eller ned af stimulusgradienter, selv dem, der er for svage til at mærkes direkte af partiklen.

"For første gang, vi viser, hvordan responsive materialer kan bruges som indbyggede computere til mikroskalerobotter, mindre end tykkelsen af ​​et menneskehår, der er programmeret til at navigere autonomt, "siger Yong Dou, en medforfatter af undersøgelsen og en ph.d. elev i Bishop's lab. "Sådanne mikrorobotter kunne udføre mere komplekse opgaver såsom distribueret registrering af materialefejl, autonom levering af terapeutisk last, og efter behov reparationer af materialer, celler, eller væv. "

Bishop's team opretter nu eksperimenter for i praksis at demonstrere deres teoretiske navigationsstrategi for mikrorobotter, ved hjælp af formskiftende materialer såsom flydende krystalelastomerer og formhukommelseslegeringer. De forventer at vise, at eksperimenterne vil bevise, at stimuli-responsive, formskiftende mikropartikler kan bruge manipuleret feedback mellem sansning og bevægelse til at navigere autonomt.