Met behulp van een stuk magneet, onderzoekers hebben een eenvoudig systeem ontworpen dat de beweging van een kleine plas water kan regelen, zelfs als het ondersteboven is. De nieuwe strategie voor liquide manipulatie, beschreven in het journaal Celrapporten Fysische Wetenschap op 3 juni, kan een breed scala aan toepassingen hebben, waaronder het reinigen van moeilijk bereikbare omgevingen of het afleveren van kleine objecten.

Eerdere pogingen om de beweging van vloeistoffen te beheersen, waren vaak gebaseerd op speciale platforms. Bijvoorbeeld, op een oppervlak waarvan de ene sectie meer hydrofoob is dan de andere, water zal spontaan van het gebied wegtrekken en naar de meer hydrofiele kant stromen. Wetenschappers hebben ook externe prikkels zoals warmte of licht gebruikt om de beweging van vloeistoffen te sturen. Maar vloeistoffen in deze systemen hebben de neiging om langzaam te bewegen, en ze kunnen tijdens het proces niet willekeurig stoppen. In aanvulling, deze benaderingen vereisen meestal materialen en instrumenten die moeilijk te verkrijgen zijn, dus ze zijn meestal beperkt tot laboratoriumgebruik.

Yifan Si, de eerste auteur van het artikel en een postdoctoraal onderzoeker aan de City University of Hong Kong, ontwierp met zijn team een ​​nieuw apparaat dat gebruik maakte van een kleine ijzeren kraal met een extreem hydrofiel oppervlak. Wanneer het in een waterdruppel wordt gedaan, de kraal, die ongeveer 1 millimeter in diameter meet, zal water aantrekken om zich eromheen te wikkelen.

Het team noemde de met water omhulde kraal Hydrobot, en ze zetten het op een extreem hydrofoob oppervlak. Met behulp van een stuk magneet dat onder het oppervlak is geplaatst, onderzoekers dreven de hydrofiele kraal, evenals de waterdruppel die eraan vastzit, om in alle richtingen te bewegen en op elk moment te stoppen. De kraal kon met een snelheid van 2 meter per seconde bewegen zonder het water te verliezen dat aan het oppervlak vastzat.

"Het idee van Hydrobot is geïnspireerd op kleine vissen die op en van lotusbladeren stuiteren, " zegt Si. "We hebben een vijver op de campus met veel lotusplanten, en af ​​en toe zag ik vissen vast komen te zitten op deze grote, hydrofobe bladeren. Als ze erin slagen te ontsnappen en terug te springen in de vijver, de waterplas rond de vissen op de bladeren wordt ook weggenomen."

Visschubben zijn zeer hydrofiel en kunnen zich goed hechten aan water, vooral op een hydrofoob oppervlak. Geïnspireerd door dit natuurverschijnsel, Si en zijn team hebben Hydrobot ontworpen.

Terwijl de kraal van 1 millimeter alleen een druppel kon dragen, De capaciteit van Hydrobot kan worden verbeterd door het oppervlak van de kraal te vergroten. Onderzoekers experimenteerden met een kraal van 2 millimeter en ontdekten dat deze tot 1 milliliter water kon manipuleren, ongeveer zo groot als een kleine plas, om de beweging van de externe magneet te volgen.

"Een voordeel van Hydrobot is dat de betrokken materialen gemakkelijk toegankelijk zijn. Als voor een taak een grotere hoeveelheid water moet worden gecontroleerd, we kunnen gewoon meer kralen gebruiken om het oppervlak te vergroten, "zegt Si.

Het team testte Hydrobot ook ondersteboven door de waterdruppel en de kraal onder het oppervlak en de magneet bovenop te plaatsen. De magneet boven het oppervlak wist de ijzeren kraal aan te trekken, en de hoge oppervlakteadhesiekracht tussen kraal en water zorgde ervoor dat de druppel niet viel, ondanks de zwaartekracht. In het omgekeerde systeem, Hydrobot kon nog steeds met een snelheid van 2 centimeter per seconde bewegen.

Omdat Hydrobot met precisie kan worden bestuurd, het team stelt voor dat het apparaat kan worden gebruikt om stof op te vangen en oppervlakken schoon te maken. Ze voerden een conceptueel experiment uit waarbij het team blauw gekleurd stof op een extreem hydrofoob oppervlak strooide. Hydrobot rolde rond, de beweging van de magneet eronder volgend, om alle stofkorrels te verzamelen. Eventueel, Hydrobot maakte het oppervlak schoon zonder schade en keerde terug naar zijn startpunt.

Tot dusver, Hydrobot vereist een oppervlak met lage adhesie om te werken, zoals de superhydrofobe die in de experimenten werd gebruikt. Dit beperkt waar het apparaat kan worden gebruikt, maar het team is van plan om andere toepassingen in de echte wereld verder te verkennen.

"Hydrobot kan enkele nieuwe ideeën bieden voor zacht robotontwerp, " zegt Si. "Momenteel, de meeste zachte robots gebruiken vaste materialen. Ook al zijn ze flexibel, ze zouden niet zo flexibel zijn als vloeistoffen. Vloeistoffen hebben ook eigenschappen die voordelig kunnen zijn, inclusief hun vermogen om van vorm te veranderen en te verdampen. Met meer onderzoeken, deze functies kunnen Hydrobot nog veelzijdiger maken."