Kunstmatige huid laat robots zweten

Jessica Vermeer
30 juni

Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven ontwikkelen een slim oppervlak dat actief stoffen kan afgeven en weer kan opnemen onder invloed van omgevingsstimuli. Deze kunstmatige huid moet actief meerdere vloeistoffen vrij kunnen geven én absorberen, aangestuurd door een radiogolf. Het materiaal is bedoeld voor de gezondheidszorg, maar de onderzoekers zien ook toepassingen in de robotica en virtual reality.

De generator rechts maakt radiosignalen en stuurt ze naar de coating aan de linkerkant. De vloeibare kristalmoleculen in het materiaal draaien daardoor mee met de bewegingsrichting van de golven. Ze wringen daarmee de vloeistof uit de poriën. Dit is zichtbaar in de linkerbovenhoek van de afbeelding; een microscopisch beeld gemeten met digitale holografische microscopie. Foto: Danqing Liu

TUE-onderzoeker Danqing Liu en haar promovendus Yuanyuan Zhan halen hun inspiratie uit menselijke en dierlijke huid. Een vis scheidt bijvoorbeeld slijm af om de wrijving tussen huid en water te verminderen en zo sneller te kunnen zwemmen. Liu presenteert nu een oppervlak dat actief en herhaaldelijk stoffen kan afgeven en weer kan opnemen onder invloed van omgevingsstimuli, in dit geval radiogolven. De meeste benaderingen op het gebied van slimme materialen zijn beperkt tot passieve afgifte.

De onderzoekers zien een scala aan mogelijke toepassingen. Verbanden die de toediening van medicijnen reguleren, robots die de kunstmatige huid gebruiken om te ‘zweten’ en zo hun systemen te koelen. Machines zouden smeermiddel kunnen afgeven aan mechanische onderdelen, precies wanneer dat nodig is. Het materiaal kan ook ingebouwd worden in virtual reality controllers, die daardoor nat of droog worden en zo de perceptie voor de speler verbeteren.

De basis van het materiaal, de coating, is gemaakt van vloeibare kristalmoleculen. Deze moleculen hebben responsieve eigenschappen. ‘Het werkt als communicatiemateriaal’, zegt Liu. ‘Het communiceert met zijn omgeving en reageert op prikkels.’ Met haar team ontdekte ze dat de vloeibare kristalmoleculen reageren op radiogolven. Zodra de golven worden aangezet, draaien de moleculen mee met de bewegingsrichting van de golven.

Gewapend met die kennis plaatsten Liu en haar team talrijke poriën ter grootte van een micrometer in de coating. Eenmaal gevuld met de gewenste vloeistof werkt het systeem als een spons. ‘Als de radiogolven worden aangezet, bewegen de vloeibare kristalmoleculen zich in een bepaalde richting en wringen ze zo de vloeistof uit de poriën’, legt Liu uit. ‘De coating zweet zelfs meer naarmate het radiosignaal sterker wordt.’

Liu werkte voorheen met triggers als warmte, licht en elektriciteit, maar radiosignalen zijn een primeur: ‘In mijn vakgebied materiaalkunde gebruiken we vaak dezelfde elektriciteit als in huizen (50-60 Hz), maar deze frequentie is dodelijk om aan te raken. Omdat we het materiaal willen toepassen op robots en verbandmiddelen, moesten we een materiaal ontwikkelen dat veilig is om mee om te gaan.’ Daarom maakt Liu gebruik van radiofrequente wisselende elektrische velden (20 kHz tot 300 GHz), vergelijkbaar met een wifi-signaal, een laag-energetische en niet-ioniserende straling.

De volgende stap voor Liu en haar team is het laden van de poriën met vloeistoffen zoals antibiotica, glijmiddel of alcohol. Als dat lukt, gaat het team verder met het herladen. Die fase zal waarschijnlijk drie jaar duren. Liu schat dat ze tegen 2025 een eerste model van een verband heeft ontwikkeld.