Is de spin ideaal voor de assemblage van micro elektronica? (video)

Kort nadat Daniel Preston, assistent-professor werktuigbouwkunde, in 2019 zijn laboratorium oprichtte in Rice’s Department of Mechanical Engineering, hadden hij en afgestudeerde student werktuigbouwkunde Faye Yap hun Eureka-moment. “We waren dingen aan het verplaatsen in het lab en we zagen een opgerolde spin aan de rand van de gang”, zei Yap in een verklaring. “We waren erg benieuwd waarom spinnen opkrullen nadat ze dood zijn gegaan.”

De onderzoekers dachten dat “spinnen geen antagonistische spierparen hebben, zoals biceps en triceps bij mensen”. Yap: “Ze hebben alleen buigspieren, waardoor hun benen naar binnen kunnen krullen, en ze strekken ze naar buiten door hydraulische druk. Als ze sterven, verliezen ze het vermogen om hun lichaam actief onder druk te zetten. Daarom krullen ze zich op. Nu onthullen de ingenieurs hoe overleden spinnen opnieuw kunnen worden gebruikt als mechanische grijpers die kunnen opgaan in natuurlijke omgevingen terwijl ze objecten oppakken, zoals andere insecten, die zwaarder wegen. Een open-access studie in Advanced Science schetst het proces waarbij Preston en Yap de fysiologie van een spin gebruikten in de eerste stap naar een nieuw onderzoeksgebied dat ze ‘necrobotica’ noemen.

Spinnen gebruiken hydrauliek om hun ledematen te bewegen

Het onderwerp was interessant voor Preston, aangezien zijn laboratorium gespecialiseerd is in zachte robotsystemen die vaak gebruik maken van niet-traditionele materialen. “De spin valt in deze onderzoekslijn. Het is iets dat nog niet eerder is gebruikt, maar veel potentieel heeft. En het is toevallig zo dat de spin na zijn dood de perfecte architectuur biedt voor kleinschalige, natuurlijk afgeleide grijpers.”

In tegenstelling tot zoogdieren, die tegengestelde spieren synchroniseren, gebruiken spinnen hydraulica om hun ledematen te bewegen. Ze hebben een zogenaamde prosomakamer die samentrekt en lichaamsvloeistof in hun benen stuurt, waardoor ze uitstrekken. Het laboratorium van Preston koos wolvenspinnen voor hun dienst en uit tests bleek dat ze meer dan 130 procent van hun eigen lichaamsgewicht konden tillen, en soms nog veel meer.

Ze lieten de grijpers een printplaat manipuleren, objecten verplaatsen en zelfs een andere spin optillen.

Het team stak een naald in de prosomakamer van de spin en creëerde een afdichting rond de punt van de naald met een klodder secondelijm. Een minieme hoeveelheid lucht door de spuit knijpen was voldoende om de poten van de spin te activeren, waardoor de poten vrijwel onmiddellijk werden geactiveerd.

Dankzij interne kleppen in de hydraulische kamer van de spinnen kunnen ze elk been afzonderlijk besturen, en dat zal ook het onderwerp zijn van toekomstig onderzoek, zei Preston. “De dode spin bestuurt deze kleppen niet”, zei hij. “Ze zijn allemaal open. Dat werkte in dit onderzoek in ons voordeel, omdat we zo alle benen tegelijkertijd konden besturen.”

De onderzoekers merkten ook op dat kleinere spinnen zwaardere lasten kunnen dragen in vergelijking met hun grootte. Toekomstig onderzoek zal waarschijnlijk inhouden dat dit concept wordt getest met spinnen die kleiner zijn dan de wolvenspin, zei Preston.

Dus, hoe nuttig is deze technologie?

“Er zijn veel pick-and-place-taken waar we naar kunnen kijken, repetitieve taken zoals het sorteren of verplaatsen van objecten op deze kleine schaal, en misschien zelfs dingen als een assemblage van micro-elektronica”, zei Preston.

“Een andere toepassing zou kunnen zijn om het in te zetten om kleinere insecten in de natuur te vangen, omdat het inherent gecamoufleerd is”, voegde Yap eraan toe.

Omdat de spinnen biologisch afbreekbaar zijn, zijn de ingenieurs er zeker van dat ze geen grote afvalstroom introduceren, “wat een probleem kan zijn met meer traditionele componenten”.