Dankzij een ingenieus origami-ontwerp kunnen kleine robots medicijnen naar specifieke plaatsen in het lichaam transporteren.
Credit: Renee Zhao, Mechanical Engineering, Stanford University
Een robot zo klein als een erwt kan rollen, draaien en springen. Hij kan zich moeiteloos verplaatsen van een droge naar een vloeibare oppervlakte, net als een kikker of salamander. Dat doen andere kleine robots hem niet na: zij kunnen zich slechts in één richting voortbewegen.
Met zijn kleine afmetingen en zijn ongeziene wendbaarheid zou deze nieuwe robot zich kunnen verplaatsen in het lichaam van een patiënt, om er heel gericht een medicinale dosis af te leveren.
De robot kan obstakels vermijden omdat hij gebouwd is volgens het ‘Kresling-patroon’. Dat wil zeggen dat het ontwerp bestaat uit een stapel rechthoekige driehoeken, waardoor het lijkt op een geplette cilinder met ribbels. Dankzij dit model kan de robot zich voortbewegen door vloeistoffen.
‘Ons doel was de geometrische eigenschappen en de vouwbaarheid van origami in de robot te combineren. Daarmee hoopten we de navigatie efficiënter te maken en de robot in staat te stellen om medicijnen af te leveren’, zegt Renee Zhao, een assistent-professor werktuigbouwkunde aan de Stanford Universiteit.
Draadloos besturen
Er zit een minuscuul gaatje in de robot waardoor je een kleine lading kan plaatsen in de buik van de machine. De operator kan het apparaat draadloos besturen met een magneet. De magnetische velden die men hiervoor gebruikt zijn vergelijkbaar met die van MRI-toestellen. ‘Doel is om de robot aan te sluiten op het MRI-systeem. Zo kunnen we hem besturen terwijl de patiënt gescand wordt door het beeldvormingsapparaat’, zegt Zhao.
Sommige versies van de robot hebben twee magneten die aan weerszijden van de cilinder zitten. De operator kan draaikracht opwekken tussen deze magneten. Dat zorgt ervoor dat het plastic lichaampje wordt samengeperst. Als de operator dat enkele keren na elkaar doet, dan werkt de robot als een soort pomp die vloeistof verspreidt.
Wanneer de robot zich al zwemmend moet verplaatsen door een vloeistof, dan laat de operator hem ronddraaien. Dat doet hij via een roterend magnetisch veld. Dankzij de zuigkracht van de draaibewegingen blijft de lading in de buik zitten. Pas wanneer de robot op de juiste locatie is aangekomen, stopt de operator het draaien en kan hij de dosis afleveren.
Wandelen, kruipen, zwemmen en vliegen
In principe kan de minirobot zowel vloeibare als vaste medicatie toedienen, zoals bijvoorbeeld in het in het spijsverteringskanaal. Er zijn alleen zachte materialen gebruikt om de machine te bouwen zodat de weefsels niet beschadigd kunnen worden. Zelfs de magneet is buigzaam. De rest van het lichaampje bestaat uit minuscule glasparels, metalen nanodeeltjes en buigzaam plastic.
De wetenschappers hebben een test gedaan door de robot te laten voortbewegen in een lege en een volle varkensmaag. De eindbestemming werd bepaald door de operator maar de machine wist zelf hoe hij op zijn einddoel kon geraken. Wanneer er een groot obstakel op de weg lag, kon de operator de robot kort laten springen door het magnetisch veld te versterken. Bij een grote hoop vloeistof kon hij zonder problemen beginnen zwemmen.
Dat zo’n eenvoudig model zoveel veelzijdigheid kan waarborgen, wekt indruk. ‘Het is interessant om te zien hoe de onderzoekers al deze eigenschappen in één geïntegreerd ontwerp konden verwerken’, zegt Siyu Xu, een postdoctoraal robotica-ingenieur aan het Harvard Microbotics Lab, die niet betrokken was bij de studie. Volgens Xu zijn de meeste robots slechts gespecialiseerd in één beweging: wandelen, kruipen, zwemmen of vliegen.
Het nieuwe origami-ontwerp kan inspiratie bieden voor nieuwe minirobots, zegt Zhao. ‘De robots kunnen helpen bij verschillende soorten ziektes en toepassingen’, zegt ze. Zij en haar collega’s werken nu aan de verkleining van de machines zodat ze in de bloedsomloop passen. Maar ze willen ook iets grotere versies creëren die met camera’s en tangetjes kleine operaties kunnen uitvoeren. Zhao wil de robots nog meer vaardigheden aanbrengen, maar ze blijven hetzelfde eenvoudige ontwerp behouden.
Vertaling: Gwen Pauwels
