Een millimetergrote robot gemaakt van vloeibaar metaal en microscopische magnetische korrels kan zich op commando uitrekken, bewegen of smelten. Zo’n smeltrobot kan worden gebruikt om elektronica te repareren, of om iets uit het lichaam te verwijderen.

Een kleine, van vorm veranderende robot kan zichzelf vloeibaar maken en een andere vorm aannemen. Dat beschrijven robotonderzoekers in het wetenschappelijk tijdschrift Matter.

‘Fossiele samenwerking is nodig voor een snelle energietransitie’
LEES OOK

‘Fossiele samenwerking is nodig voor een snelle energietransitie’

Universiteiten moeten hun samenwerking met de fossiele industrie niet stopzetten, vindt scheikundige Marc Koper. Dat vertraagt de energietransitie.

Het smelttrucje stelt de robot in staat taken uit te voeren op moeilijk toegankelijke plaatsen. Hij kan bijvoorbeeld worden gebruikt als een soldeermachine, of als instrument om ingeslikte voorwerpen te verwijderen. Ook kan hij uit kooien ontsnappen.

Er bestaan al robots die zacht en buigzaam genoeg zijn om te werken in nauwe, kwetsbare ruimtes, zoals bijvoorbeeld holtes in het menselijk lichaam. Maar die kunnen niet steviger worden, wat zinvol zou zijn als ze onder druk komen te staan of als ze iets zwaars moeten dragen. 

Vloeibaar en vast

Robotonderzoeker Carmel Majidi van de Carnegie Mellon-universiteit in Pennsylvania en zijn collega’s hebben een robot gebouwd die niet alleen van vorm kan veranderen, maar die ook sterker of minder sterk kan worden door op commando vloeibaar en vast te worden. Zij maakten hun millimetergrote robot van een mengsel van het vloeibare metaal gallium en microscopische stukjes van een magnetisch materiaal van neodymium, ijzer en boor. In vaste vorm is het materiaal sterk genoeg om een voorwerp van dertig keer de eigen massa te dragen. 

De ontsnappende smeltrobot. Beeld: Wang, Pan et al.

Om het materiaal zachter te maken, uit te rekken, te bewegen of tot een kruipende plas om te smelten, hielden de onderzoekers het in de buurt van magneten. De op maat gemaakt magneetvelden oefenden dan krachten uit op de magnetische stukjes in de robot, waardoor ze het metaal naar wens vervormden.

Elektrische stromen

Zo kon het team de robot uitrekken met hulp van een magneetveld dat de korrels in verschillende richtingen trok. De onderzoekers gebruikten een sterker veld om de deeltjes omhoog te trekken, waardoor de robot sprong. En toen Majidi en collega’s een wisselend magnetisch veld aanlegden, vormden elektronen in het vloeibare metaal elektrische stromen. Daardoor smolt de robot. ‘Geen enkel ander materiaal dat ik ken, is zo goed in het veranderen van stijfheid’, zegt Majidi.

Door gebruik te maken van deze flexibiliteit liet het team twee robots een kleine gloeilamp dragen en op een printplaat solderen. Als ze hun bestemming bereikt hadden, smolten de robots om het lampje aan de printplaat te hechten. De elektriciteit kon dan door het vloeibare metaal lopen, waardoor de gloeilamp ging branden.

In een experiment met een kunstmatige maag pasten de onderzoekers een andere reeks magnetische velden toe om de robot naar een voorwerp te sturen. Eenmaal daar smolt de robot zich over het voorwerp heen, om het het vervolgens naar buiten te slepen.

De smeltende robot aan de gang in een kunstmatige maag. Beeld: Wang, Pan et al.

Legopoppetje

Daarna gaven de onderzoekers hun robot de vorm van een Legofiguurtje. Ze lieten het poppetje uit een kooi ontsnappen door het vloeibaar te maken en het tussen de tralies door te laten stromen. Daarna druppelden ze de gesmolten robot in een mal, zodat hij weer stolde in zijn oorspronkelijke poppetjesvorm.

De gesmolten robots kunnen worden gebruikt in situaties waarin menselijke of traditionele robothanden onpraktisch zijn, zegt robotonderzoeker Li Zhang van de Chinese Universiteit van Hong Kong. Een vloeibare robot zou bijvoorbeeld een verloren schroef in  een ruimtevaartuig kunnen vervangen, door op de juiste plaats te vloeien en te stollen, zegt hij.

Het is nog wel te vroeg om ze in levende magen te kunnen gebruiken. Voordat dat kan, moeten onderzoekers eerst methoden ontwikkelen om de positie van de robot nauwkeurig te volgen, zodat de veiligheid van de patiënt gewaarborgd is, aldus Zhang.