Onderzoekers van het Paul Scherrer Instituut PSI en ETH Zürich hebben een micromachine ontwikkeld die verschillende acties kan uitvoeren. Eerst worden nanomagneten in de componenten van de microrobots magnetisch geprogrammeerd en daarna worden de verschillende bewegingen aangestuurd door magnetische velden. dergelijke machines, die slechts enkele tientallen micrometers groot zijn, kan gebruikt worden, bijvoorbeeld, in het menselijk lichaam om kleine operaties uit te voeren. De onderzoekers hebben hun resultaten nu gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Natuur .

De robot, die slechts enkele micrometers groot is, doet denken aan een papieren vogel gemaakt met origami - de Japanse kunst van het vouwen van papier. Maar, in tegenstelling tot een papieren structuur, de robot beweegt als bij toverslag zonder een zichtbare kracht. Hij klappert met zijn vleugels of buigt zijn nek en trekt zijn kop terug. Deze acties worden allemaal mogelijk gemaakt door magnetisme.

Onderzoekers van het Paul Scherrer Instituut PSI en ETH Zürich hebben de micromachine samengesteld uit materialen die kleine nanomagneten bevatten. Deze nanomagneten kunnen worden geprogrammeerd om een ​​bepaalde magnetische oriëntatie aan te nemen. Wanneer de geprogrammeerde nanomagneten vervolgens worden blootgesteld aan een magnetisch veld, bepaalde krachten werken op hen in. Als deze magneten zich in flexibele onderdelen bevinden, de krachten die erop inwerken, zorgen ervoor dat de componenten bewegen.

De nanomagneten programmeren

De nanomagneten kunnen steeds opnieuw worden geprogrammeerd. Deze herprogrammering resulteert in verschillende krachten, en er ontstaan ​​nieuwe bewegingen.

Voor de bouw van de microrobot, de onderzoekers fabriceerden arrays van kobaltmagneten op dunne platen siliciumnitride. De uit dit materiaal opgebouwde vogel kon dan verschillende bewegingen maken, zoals klappen, zweven, draaien of zijdelings uitglijden.

"De bewegingen van de microrobot vinden plaats binnen milliseconden, " zegt Laura Heyderman, hoofd van het Laboratory for Multiscale Materials Experiments bij PSI en professor voor Mesoscopic Systems bij de Department of Materials, ETH Zürich. “Maar het programmeren van de nanomagneten duurt maar een paar nanoseconden. Hierdoor is het mogelijk om de verschillende bewegingen achter elkaar te programmeren. Dit betekent dat het kleine microvogeltje eerst met zijn vleugels kan klappen, dan opzij glijden en daarna weer flapperen. "Indien nodig, de vogel zou er ook tussen kunnen zweven, ’ zegt Heyderman.

Intelligente microrobots

Dit nieuwe concept is een belangrijke stap in de richting van micro- en nanorobots die niet alleen informatie opslaan om een ​​bepaalde actie te geven, maar kan ook opnieuw worden geprogrammeerd om verschillende taken uit te voeren. "Het is denkbaar dat, in de toekomst, een autonome micromachine zal door menselijke bloedvaten navigeren en biomedische taken uitvoeren zoals het doden van kankercellen, " legt Bradley Nelson uit, hoofd van de afdeling Werktuigbouwkunde en Procestechniek aan de ETH Zürich. "Ook andere toepassingsgebieden zijn denkbaar, bijvoorbeeld flexibele micro-elektronica of microlenzen die hun optische eigenschappen veranderen, " zegt Tianyun Huang, een onderzoeker aan het Institute of Robotics and Intelligent Systems aan de ETH Zürich.

In aanvulling, toepassingen zijn mogelijk waarbij de eigenschappen van oppervlakken veranderen. "Bijvoorbeeld, ze kunnen worden gebruikt om oppervlakken te creëren die door water kunnen worden bevochtigd of water kunnen afstoten, " zegt Jizhai Cui, een ingenieur en onderzoeker in het Mesoscopic Systems Lab.