Onderzoekers van de Universiteit van Waterloo hebben een slim, plantaardig, en zelfherstellend materiaal ontwikkeld dat toegepast kan worden in toekomstige zogenoemde flexibele medische microrobots. Die moeten straks in staat worden geacht medische procedures, zoals biopsie en cel- en weefseltransport, op een minimaal invasieve manier uit te voeren. De ontwikkeling van dergelijke miniscule robots is al enkele jaren in volle gang.
De nu ontwikkelde slimme microrobots zijn gemaakt van geavanceerde hydrogelcomposieten die duurzame cellulose-nanodeeltjes bevatten die afkomstig zijn van planten. Ze zijn daardoor volledig bio-compatibel en uiteraard niet giftig.
Plantaardige slimme microrobots
Het onderzoek naar de microrobots staat onder leiding van professor Hamed Shahsavan (Chemische Technologie). Het portretteert een holistische benadering van het ontwerp, de synthese, de fabricage en de manipulatie van microrobots. De hydrogel die hiervoor wordt gebruikt, verandert van vorm wanneer hij wordt blootgesteld aan externe chemische stimulatie. Het vermogen om nanodeeltjes van cellulose naar believen te oriënteren stelt onderzoekers in staat dergelijke vormveranderingen te programmeren, wat cruciaal is voor de fabricage van functionele zachte robots.
Daarnaast is het materiaal dat voor deze microrobots gebruikt wordt, zelfherstellend. Dat biedt unieke mogelijkheden voor de toepassing. Onderzoekers kunnen het materiaal snijden en weer aan elkaar plakken zonder gebruik te maken van lijm of andere middelen. Op die manier kunnen deze microrobots op maat gevormd worden voor de procedure waar ze op dat moment voor nodig zijn.
Het gebruikte materiaal kan bovendien worden aangepast zodat het magnetisch wordt. Magnetisme is een inmiddels beproefde methode om biomedische microrobots te besturen op hun reis door het menselijk lichaam naar plekken waar de medische lading moet worden afgeleverd. Als proof of concept van hoe de robot door het lichaam zou manoeuvreren, werd de kleine robot door een doolhof bewogen door onderzoekers die de beweging ervan controleerden met behulp van een magnetisch veld. Van die demo is onderstaande video gemaakt.
Submillimeter doorontwikkeling
De micro robots die door wetenschappers aan de Universiteit van Waterloo ontwikkeld zijn, hebben een afmeting van maximaal 1 centimeter. Dat is, voor het transport in het menselijk lichaam, door bloedvaten, nog aan de grote kant. Uiteindelijk streven de ontwikkelaars erna dat de microrobots, net als reeds andere ontwikkelde vergelijkbare ultra kleine robots, afmetingen in het submillimeter bereik zullen hebben.
“Interessant is dat het aanpakken van de vele grote uitdagingen in de microrobotica de vaardigheden en kennis vereist die chemische ingenieurs bezitten, waaronder warmte- en massaoverdracht, vloeistofmechanica, reactie-engineering, polymeren, wetenschap van zachte materie en biochemische systemen. We zijn dus uniek gepositioneerd om innovatieve mogelijkheden in dit opkomende vakgebied", aldus onderzoeksleider professer Hamed Shahsavan.
Zoals reeds vermeld wordt er op veel plekken gewerkt aan de ontwikkeling en toepassing van (flexibele) microrobots, ook hier in Nederland. Enkele weken geleden maakten wetenschappers van de Universiteit van Twente bekend dat zij er in geslaagd waren om magnetische microrobots te laten samenwerken. Een doorbraak met veel potentie voor biomedische toepassingen. Denk bijvoorbeeld aan operaties op plekken in het lichaam die voor chirurgen onbereikbaar zijn.
