Vísindamenn í Hollandi smíðuðu mjúkan vélarm sem þörungar knýja með ljósi
Vísindamenn við Tækniháskólann í Delft í Hollandi hafa smíðað lítinn og mjúkan vélarm sem örþörungar knýja. Armurinn beygist þegar ljós skín á hann og sveigist til baka í myrkri. Rannsóknin birtist í vísindaritinu Nature Communications fimmtudaginn 22. október.
Armurinn er ræma úr tveimur lögum af vatnsgeli, um tveir sentímetrar á lengd og einn millimetri á þykkt. Á yfirborði hennar vex grænþörungurinn Chlamydomonas reinhardtii. Þegar ljós skín á þörungana ljóstillífa þeir og taka upp köfnunarefni og við það hækkar pH-gildið í gelinu. Lögin tvö bregðast ólíkt við breytingunni, annað þenst meira út en hitt, og ræman bognar. Í myrkri losa þörungarnir koltvísýring við öndun, pH-gildið lækkar á ný og ræman sveigist til baka.
„Frumgerðin okkar er græn og mjúk ræma úr tveimur ólíkum lögum af vatnsgeli og á yfirborði hennar vaxa örþörungar,“ segir Marie-Eve Aubin-Tam prófessor í tilkynningu háskólans (þýtt úr ensku). Hún stýrði rannsókninni.
Grípur kúlu og krækir í hring
Rannsakendurnir prófuðu tækið á nokkra vegu. Fjögurra fingra gripkló greip hola málmkúlu, sem vó 18,4 milligrömm, lyfti henni og sleppti aftur þegar slökkt var á ljósinu. Krókur úr sama efni krækti í gúmmíhring, sem vó 52,5 milligrömm, og sleppti honum í myrkri. Þeir gerðu einnig útgáfu sem líkist blómi og opnast í ljósi en lokast í myrkri.
Enn mjög hægur
Tæknin er á frumstigi. Samkvæmt greininni byrjar armurinn að hreyfast 10 til 20 sekúndum eftir að ljósið breytist, en það getur tekið allt að 18 klukkustundir að ná mikilli sveigju. Myndskeið háskólans af gripunum eru sýnd 1.800 sinnum hraðar en í rauntíma. Krafturinn er líka lítill, mest um 0,8 millinewton, svo armurinn ræður aðeins við mjög létta hluti. Tilraunirnar fóru fram á rannsóknastofu í sérstökum næringarvökva.
Rannsakendurnir segja að armurinn hafi hreyfst fram og til baka í tíu lotum í röð og enn virkað eftir að minnsta kosti tveggja mánaða samfellda notkun í sama vökvanum. Kerfið þarf hvorki aðra orku en ljós né flókna vélræna hluti og þörungarnir eru ekki erfðabreyttir. Rannsakendurnir telja að slík tækni geti minnkað kolefnisspor vélmenna, en það var ekki mælt í rannsókninni.
Hvers vegna skiptir þetta máli
Mjúk vélmenni geta meðhöndlað viðkvæma hluti varlega, til dæmis neðansjávar. Rannsakendurnir nefna mögulega notkun í vélmennum neðansjávar, í landbúnaði og í gluggatjöldum sem bregðast við birtu. Þeir taka þó fram að þeir hafi ekki lagt af stað með ákveðna notkun í huga. „Markmið okkar hefur alltaf verið að færa rannsóknir á lifandi efnum á nýtt stig,“ segir Aubin-Tam (þýtt úr ensku).
Scientists at Delft University of Technology in the Netherlands have built a small, soft robotic arm powered by microalgae. The arm bends when light shines on it and bends back in the dark. The research was published in the journal Nature Communications on Thursday 22 October.
The arm is a strip made of two layers of hydrogel, about two centimetres long and one millimetre thick. The green alga Chlamydomonas reinhardtii grows on its surface. When light shines on the algae they photosynthesise and take up nitrogen, and this raises the pH in the gel. The two layers react differently to the change, one swelling more than the other, and the strip bends. In the dark the algae release carbon dioxide as they respire, the pH falls again and the strip bends back.
"Our proof-of-concept actuator is a green and soft strip made of two different hydrogel layers, with microalgae growing on its surface," says Professor Marie-Eve Aubin-Tam in the university's press release. She led the research.
It grabs a ball and hooks a ring
The researchers tested the device in several ways. A four-fingered gripper grabbed a hollow metal ball weighing 18.4 milligrams, lifted it and released it again when the light was switched off. A hook made of the same material caught a rubber ring weighing 52.5 milligrams and let go of it in the dark. They also made a version that looks like a flower and opens in the light but closes in the dark.
Still very slow
The technology is at an early stage. According to the paper, the arm starts to move 10 to 20 seconds after the light changes, but it can take up to 18 hours to reach a large bend. The university's videos of the grippers are shown 1,800 times faster than real time. The force is also small, at most about 0.8 millinewtons, so the arm can only handle very light objects. The experiments took place in a laboratory in a special nutrient solution.
The researchers say the arm moved back and forth for ten cycles in a row and still worked after at least two months of continuous use in the same solution. The system needs no energy other than light and no complex mechanical parts, and the algae are not genetically modified. The researchers believe such technology could reduce the carbon footprint of robots, but this was not measured in the study.
Why this matters
Soft robots can handle delicate objects gently, for example under water. The researchers mention possible uses in underwater robots, in agriculture and in curtains that respond to daylight. They point out, however, that they did not set out with a particular use in mind. "Our goal has always been to bring the research of living materials to new levels," says Aubin-Tam.
Naukowcy z Politechniki w Delfcie w Holandii zbudowali małe, miękkie ramię robota napędzane przez mikroglony. Ramię zgina się, gdy pada na nie światło, i wygina się z powrotem w ciemności. Badanie ukazało się w czwartek 22 października w czasopiśmie naukowym Nature Communications.
Ramię to pasek z dwóch warstw hydrożelu, o długości około dwóch centymetrów i grubości jednego milimetra. Na jego powierzchni rośnie zielenica Chlamydomonas reinhardtii. Gdy na glony pada światło, prowadzą fotosyntezę i pobierają azot, co podnosi pH żelu. Obie warstwy reagują na tę zmianę inaczej, jedna pęcznieje bardziej niż druga, i pasek się wygina. W ciemności glony oddychając wydzielają dwutlenek węgla, pH znów spada, a pasek wygina się z powrotem.
„Nasz prototyp to zielony i miękki pasek z dwóch różnych warstw hydrożelu, na którego powierzchni rosną mikroglony” (tłum. redakcji), mówi w komunikacie uczelni prof. Marie-Eve Aubin-Tam. To ona kierowała badaniem.
Chwyta kulkę i zaczepia pierścień
Badacze przetestowali urządzenie na kilka sposobów. Czteropalczasty chwytak złapał pustą w środku metalową kulkę ważącą 18,4 miligrama, podniósł ją i puścił po wyłączeniu światła. Haczyk z tego samego materiału zaczepił gumowy pierścień ważący 52,5 miligrama i puścił go w ciemności. Zbudowali też wersję przypominającą kwiat, która otwiera się w świetle, a zamyka w ciemności.
Nadal bardzo wolne
Technologia jest na wczesnym etapie. Według artykułu ramię zaczyna się ruszać 10 do 20 sekund po zmianie oświetlenia, ale osiągnięcie dużego wygięcia może trwać nawet 18 godzin. Filmy uczelni pokazujące chwytanie są przyspieszone 1800 razy. Siła jest też mała, najwyżej około 0,8 miliniutona, więc ramię radzi sobie tylko z bardzo lekkimi przedmiotami. Doświadczenia przeprowadzono w laboratorium, w specjalnej pożywce.
Badacze podają, że ramię poruszało się tam i z powrotem przez dziesięć cykli z rzędu i nadal działało po co najmniej dwóch miesiącach ciągłej pracy w tej samej pożywce. System nie potrzebuje innej energii niż światło ani skomplikowanych części mechanicznych, a glony nie są modyfikowane genetycznie. Badacze uważają, że taka technologia mogłaby zmniejszyć ślad węglowy robotów, ale w badaniu tego nie mierzono.
Dlaczego to ważne
Miękkie roboty mogą delikatnie obchodzić się z kruchymi przedmiotami, na przykład pod wodą. Badacze wymieniają możliwe zastosowania w robotach podwodnych, w rolnictwie i w zasłonach reagujących na światło dzienne. Zaznaczają jednak, że nie zaczynali z myślą o konkretnym zastosowaniu. „Naszym celem zawsze było przeniesienie badań nad żywymi materiałami na nowy poziom” (tłum. redakcji), mówi Aubin-Tam.
Heimildir
- Jiang F., Kleiner F.H., Kieffer R., de Jong D., Oh J.-J. og Aubin-Tam M.-E., „Light-powered photosynthetic living actuator“, Nature Communications 17, 10827, birt 22.10.2026 (ritrýnd grein, opinn aðgangur), DOI 10.1038/s41467-026-78653-z: nature.com
- TU Delft (fréttatilkynning háskólans), 22.10.2026, „Soft robot arm powered by algae“: tudelft.nl
Allar efnislegar leiðréttingar og samþykktar málbætur eru skráðar í Leiðréttingar og málbætur. Svona vinnum við.