Teams van onderzoekers ontwikkelden microscopische, volledig programmeerbare autonome robots die energie en instructies via licht ontvangen. De zwemmachines zijn ongeveer 0.2 bij 0.3 bij 0.05 millimeter groot, werken maandenlang en kosten volgens de onderzoekers slechts een cent per stuk. Studies zijn gepubliceerd in Science Robotics en in de Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Aandrijving en rekenkracht werden aanvankelijk door afzonderlijke teams ontwikkeld en later gecombineerd. Marc Miskin, assistant professor in electrical and systems engineering aan de University of Pennsyvlania, is seniorauteur van studies in Science Robotics en PNAS. David Blaauw en Dennis Sylvester, professors of electrical and computer engineering aan UM, leverden ultra-kleine rekenontwerpen en zijn seniorauteurs van de Science Robotics-studie.
Het aandrijvingsontwerp vermijdt bewegende delen: de robots genereren een elektrisch veld dat ionen in de omringende vloeistof bestuurt; die ionen duwen watermoleculen en creëren de voortstuwende kracht. De rekenhardware draait programma's op extreem weinig vermogen: het team van Blaauw liet een robotprogramma lopen op 75 nanowatts, volgens de onderzoekers 100,000 keer minder dan een slim horloge nodig heeft. Zonnecellen nemen het grootste deel van de robot in beslag om energie op te vangen, en ingenieurs condenseerden besturingsinstructies tot één speciale instructie zodat programma's in het zeer kleine geheugen passen.
De onderzoekers verwachten dat de apparaten de geneeskunde kunnen helpen door de gezondheid van individuele cellen te monitoren en dat ze nuttig kunnen zijn voor microschaalproductie. Toekomstige versies zouden complexere programma's kunnen opslaan, sneller kunnen bewegen, nieuwe sensoren krijgen of in andere omgevingen werken.
- Primary support: National Science Foundation
- Additional support: University of Pennsylvania Office of the President, Air Force Office of Scientific Research, Army Research Office, Packard Foundation, Sloan Foundation, Fujitsu Semiconductors
Moeilijke woorden
- programmeerbaar — zodanig dat het instructies kan uitvoerenprogrammeerbare
- autonoom — zonder directe leiding van mensen of externe controleautonome
- aandrijving — systeem dat beweging of voortstuwing geeft
- elektrisch veld — ruimte waar elektrische krachten op ladingen werken
- ion — geladen deeltje in een vloeistof of gasionen
- nanowatt — zeer kleine eenheid van elektrisch vermogennanowatts
- zonnecel — apparaat dat licht omzet in elektrische energieZonnecellen
- microschaalproductie — productie op zeer kleine schaal
- monitoren — regelmatig controleren van toestand of gezondheid
Tip: beweeg de muisaanwijzer over gemarkeerde woorden in het artikel, of tik erop om snelle definities te zien terwijl je leest of luistert.
Discussievragen
- Welke voordelen en mogelijke risico's ziet u bij het gebruik van zulke microscopische robots in de geneeskunde?
- De robots kosten volgens de onderzoekers ongeveer een cent per stuk. Hoe kan zo'n lage prijs de toepassingen en de regelgeving beïnvloeden?
- Welke van de genoemde toekomstige verbeteringen (meer geheugen, sneller bewegen, nieuwe sensoren, andere omgevingen) zou u het belangrijkst vinden voor microschaalproductie? Waarom?
Gerelateerde artikelen
Tekort aan huisartsen groeit vooral op het platteland
Sinds 2017 daalt het aantal huisartsen in plattelandsgebieden, met een landelijk nettoverlies van 11% tussen 2017 en 2023. De studie noemt oorzaken, gevolgen en mogelijke oplossingen zoals meer verpleegkundig specialisten en gerichte opleidingstrajecten.
Celtransplantatie verbetert hart en bloedvaten na ruggenmergletsel
Onderzoekers plaatsten onvolledig gedifferentieerde zenuwcellen in een rattenmodel met ruggenmergletsel. De circulatie verbeterde: de bloeddruk in rust stabiliseerde en de gemiddelde hartslag daalde. Hormonale reacties bleven aanwezig, en toekomstig werk wil die reacties verminderen.
Lenacapavir: betaalbare hiv-injectie voor 120 landen
Lenacapavir is een injectie tegen hiv die twee keer per jaar wordt gegeven. Licenties moeten het middel in 120 lage- en middeninkomenslanden beschikbaar maken voor US$40 per jaar, met uitrol vanaf 2027 onder voorbehoud van goedkeuring.
Zuurdesem gebruikt om te begrijpen hoe microben samenleven
Onderzoekers bestuderen microben uit echte zuurdesemstarters om te testen of eenvoudige tweerichtingsmodellen voorspellen welke soorten naast elkaar kunnen bestaan. Ze maten groei alleen en in paren en vergeleken modelvoorspellingen met grotere mengsels.