Hoe microrobots met bacterie-propellers bestuurd worden

Ingenieurs van Drexel University hebben een microrobot gebouwd die aangedreven wordt door bacteriën en door middel van elektrische velden door vloeistoffen genavigeerd kan worden. Als je je dit maar moeilijk voor kunt stellen: visualiseer een minuscuul apparaatje met nog kleinere bio-moleculaire armpjes die door een algoritme aangestuurd worden om het apparaatje in een bepaalde richting te verplaatsen. Het proces wordt in detail besproken in een paper die onlangs gepubliceerd is in IEEE Transactions on Robotics.

Het idee van een robot die wordt aangedreven door bacteriën is op zich niet nieuw. Verschillende onderzoekers hebben het concept al vanuit verschillende hoeken benaderd. Biomedische ingenieurs van dezelfde universiteit hadden bijvoorbeeld in 2014 al een simpelere versie van een gelijksoortig robotje uitgetest. De nieuwste microbot kan dan ook gezien worden als een voortzetting hiervan.

Het concept op zich bestaat uit twee onderdelen: de bacteriën en een kunstmatige ondergrond waarop de bacteriën kunnen leven. De ondergrond is in dit geval een polymeer genaamd SU-8, waarvan minuscule robotonderdelen gemaakt kunnen worden, waaraan een plaatje is toegevoegd waar de bacteriën zich aan kunnen hechten.

De propellerbewegingen die de arm-achtige uitstulpingen van de bacteriën maken, zorgen ervoor dat de robot in beweging kan komen. Deze beweging, die van nature volstrekt willekeurig is, wordt vervolgens gestuurd door middel van elektriciteit. De bacteriën zijn namelijk negatief geladen, wat betekent dat ze op elektrische velden reageren.

In het volgende filmpje kan een eerdere variant op dit concept in actie worden gezien:

Wat het nieuwste robotje van de onderzoekers van Drexel University zo bijzonder maakt, zijn de algoritmes die gebruikt worden om het apparaat te sturen. Het navigeren van dit soort robots is namelijk best moeilijk, omdat er verschillende factoren zijn die bepalen in welke richting de robotjes bewegen, naast de elektrische velden.

Je kunt de robots eigenlijk het best met een motorboot vergelijken, en de elektrische velden met de zeestromingen. Als je een motorboot zonder bestuurder loslaat in het water, wordt de richting waarin de boot beweegt niet alleen bepaald door het water, maar ook door bijvoorbeeld de vorm van de boot en de snelheid van de propellermotor.

"Het komt allemaal neer op de vraag bij welke bewegingssnelheid we maximale controle hebben door middel van elektrische ladingen," schrijven de onderzoekers in hun paper. "Verschillende experimenten hebben aangetoond dat onze methode succesvol is in het omzeilen van obstakels, waardoor de robot naar zijn doelpositie gebracht kan worden. Ons algoritme slaagde erin om constant de ideale hoeveelheid elektrische spanning te gebruiken."

Oftewel: microrobots met bacterie-propellers zouden wel eens de wereld kunnen gaan veroveren.