De zoektocht naar de ontwikkeling van een draadloze microrobot voor biomedische toepassingen vereist een kleinschalige "motor" die draadloos kan worden aangedreven via biologische media. Hoewel magnetische velden kunnen worden gebruikt om kleine robots draadloos van stroom te voorzien, ze bieden geen selectiviteit omdat alle actuatoren (de componenten die de beweging regelen) onder hetzelfde magnetische veld gewoon dezelfde beweging volgen. Om deze intrinsieke beperking van magnetische activering aan te pakken, een team van Duitse onderzoekers heeft een manier ontwikkeld om microbellen te gebruiken om de specificiteit te bieden die nodig is om microrobots voor biomedische toepassingen aan te drijven.

Deze week in Technische Natuurkunde Brieven , het team beschrijft deze nieuwe aanpak die meerdere voordelen biedt ten opzichte van eerdere technieken.

"Eerst, door ultrageluid op verschillende frequenties toe te passen, meerdere aandrijvingen kunnen afzonderlijk worden aangesproken; tweede, de actuatoren hebben geen ingebouwde elektronica nodig waardoor ze kleiner zijn, lichter en veiliger; en ten derde, de aanpak is schaalbaar tot op de millimeter, " zei Tian Qiu, een onderzoeker aan het Max Planck Instituut voor Intelligente Systemen in Duitsland.

Het onderzoeksteam kwam onderweg enkele verrassingen tegen. Normaal gesproken een speciaal materiaal, zoals een magnetisch of piëzo-elektrisch materiaal, is vereist voor een actuator. In dit geval, ze gebruikten een standaard commercieel polymeer dat eenvoudig luchtbellen opsluit, en vervolgens de lucht-vloeistof-interface van de ingesloten bellen gebruikten om de ultrasone kracht om te zetten in mechanische beweging.

"We ontdekten dat een dun oppervlak (30-120 micrometer effectieve dikte) met de juiste topologische patronen voortstuwingskracht kan leveren met behulp van ultrageluid, en duizenden van deze bubbels kunnen samen een apparaat duwen op millimeterschaal, " zei Qiu. "De eenvoud van de structuur en het materiaal om deze taak te volbrengen was een aangename verrassing."

Het team kijkt er nu al naar uit om hun actuator verder te ontwikkelen.

"De volgende stappen zijn om de voortstuwingskracht van het functionele oppervlak te vergroten, om de actuator te integreren in een bruikbaar biomedisch apparaat, en dan te testen in een echte biologische omgeving, inclusief in-vivo, ' zei Qi.

De adoptie van microgestructureerde oppervlakken als draadloze actuatoren opent veelbelovende nieuwe mogelijkheden in de ontwikkeling van geminiaturiseerde apparaten en hulpmiddelen voor fluïde omgevingen die toegankelijk zijn door ultrasone velden met lage intensiteit. Deze functionele oppervlakken kunnen dienen als kant-en-klare draadloze actuatoren, voeding van geminiaturiseerde biomedische apparaten voor toepassingen zoals actieve endoscopen.