Minuut 3D-geprinte micro-robots banen weg voor precisie geneesmiddelaflevering

Onderzoekers van Georgia Tech hebben aangetoond dat robots van ongeveer de grootte van een stofdeeltje capabel zijn van precieze bidirectionele controle. Door de kracht van een magneetveld gegenereerd door een enkele elektromagnetische spoel te benutten, zijn de mobiele micro-robots de kleinste van hun type.

"Er zijn zwemmer microrobots die in een vloeistof bewegen met vergelijkbare grootte, maar dit zijn de kleinste 'lopende' robots die op een vast oppervlak bewegen," zei Azadeh Ansari, Sutterfield Family Early Career Assistant Professor bij Georgia Tech School of Electrical and Computer Engineering.

De Georgia Tech-studie werd recent gepubliceerd in het Journal of Micro-Bio Robotics. Momenteel vertrouwen de meeste magnetisch geactueerde micro-bot-systemen op het toevoegen van meerdere elektromagneten om volledige controle te ermöglichen, wat resulteert in hoger stroomverbruik en minder flexibele setups. Het kunnen aantonen dat een enkele spoel-opstelling genoeg is voor precieze bidirectionele bewegingcontrole is een significante hord om te nemen, volgens Ansari. Met de micro-bots nu veel makkelijker te bedienen, is het team in staat geweest om micromanipulatie-mogelijkheden te demonstreren.

"Met wat we getoond hebben, kunnen we al denken aan het toepassen van de micro-bots in een lab-setting," zei Ansari. "Je kunt honderden robots op hetzelfde substraat hebben die werken gelijk aan mieren in een kolonie."

In de lente van 2019 toonde Ansari's team grotere (twee millimeter lange) "micro-bristle-bots" die konden bewegen door trillingen te benutten. Trillingen zijn niet meer nodig om de micro-bots te bewegen vanwege hun geüpdatete "rocker"-design – vandaar micro-rocker bots. Het nieuwe design stelt de bots in staat om te bewegen door een stick–slip-beweging uit te voeren met een out-of-plane magneetveld.

Stick-slip-beweging verwijst eigenlijk naar de twee toestanden van de robot; één wanneer de robot in een gepinde/stationaire positie op het oppervlak is en de ander wanneer de robot "glijdt" licht in één richting en netto-beweging bereikt, volgens Ph.D.-student Tony Wang. Wanneer het magneetveld aangezet wordt, zal de robot essentieel opstijgen en dan vallen. Deze beweging maakt voldoende kinetische energie mogelijk om de robot te laten bewegen.

Even belangrijk als het rocker-design, demonstreert het papier het nieuwe gebruik van een waveform offset voor het biassen van de richting van de robot's traject. Het teken van de magneetveld-offset (positief of negatief), alsook de hoek van de rocker met het oppervlak, is wat de richting bepaalt waarin de micro-bots zullen reizen. Gecombineerd, maken het rocker-design en de magneet-offset de micro-bots capabel van goed gecontroleerde, en belangrijk, selecteerbare beweging. De versnelling en vertraging van de micro-rocker bots kan verder gecontroleerd worden door de frequentie van het magneetveld te veranderen.

De 100-micrometer lange micro-bots werden 3D-geprint op een glas-substraat via two-photon lithography en vervolgens gedeponeerd met een nikkel dunne film, die fungeert als een semi-harde magneet in reactie op externe magneetvelden. Voor veel lab-toepassingen kunnen de robots direct geprint worden op het substraat dat onder de microscoop gaat, maar ze kunnen ook geprint en getransporteerd worden met een micropipet.

"Er zijn veel gebieden waar de micro-robots op toegepast kunnen worden binnen het huidige 2D, onder-de-microscoop-proces dat we tot nu toe hebben gevestigd," zei Ansari. "Maar er is ook een toekomst waar ze in levende organismen geïnjecteerd kunnen worden om geneesmiddelen af te leveren of letsels te repareren."

Voor meer informatie, contacteer Georgia Parmelee, Georgia Institute of Technology via dit e-mailadres (beschermd tegen spambots, JavaScript vereist); 404-281-7818.