Flexibele robotarm beweegt zonder mechanische aandrijving dankzij algen

Geen motor, geen hydrauliek en geen perslucht. Wat normaal gesproken een biologisch proces is, wordt door onderzoekers van de TU Delft benut als aandrijfmechanisme. Het resultaat is een flexibele robotarm die kan buigen en kleine voorwerpen kan vastpakken, zonder de gebruikelijke mechanische aandrijving.

De ontwikkelde robotarm bestaat uit een flexibele strip van ongeveer twee centimeter lang en één millimeter dik, die is opgebouwd uit twee verschillende lagen hydrogel. Hierop groeien microscopisch kleine algen. Door de hoeveelheid licht te veranderen, kunnen de onderzoekers de strip gecontroleerd laten buigen.

Het onderzoeksteam, onder leiding van hoogleraar Marie-Eve Aubin-Tam, heeft aangetoond dat de robotarm op die manier kleine voorwerpen kan manipuleren. Tijdens experimenten tilde het systeem onder andere een rubberen ring op en greep het een kleine metalen bal vast.

Fotosynthese

De aandrijving maakt gebruik van de natuurlijke stofwisseling van de algen. Wanneer deze worden blootgesteld aan licht, zetten ze via fotosynthese CO₂ om in suikers. Tegelijkertijd nemen ze stikstof op. Deze processen veranderen de zuurgraad (pH) van de hydrogel. Omdat de twee hydrogellagen verschillend reageren op deze pH-verandering, zwellen ze niet even sterk op. Daardoor ontstaat een buigbeweging. Wanneer het licht wordt uitgeschakeld, verbruiken de algen de geproduceerde suikers en komt CO₂ vrij. Hierdoor daalt de pH en buigt de strip weer terug.

Volgens promovendus Fan Jiang begint de robotarm binnen tien seconden na het uitschakelen van het licht alweer in de tegenovergestelde richting te bewegen. De volledige beweging verloopt aanzienlijk langzamer. De onderzoekers zien vooral toepassingen in situaties waarbij kwetsbare objecten voorzichtig moeten worden vastgepakt, bijvoorbeeld in onderwateromgevingen. Een belangrijk voordeel is dat de algen grotendeels zelfvoorzienend zijn. Ze gebruiken licht als energiebron, waardoor de actuator in theorie langdurig kan functioneren met weinig externe energietoevoer.