Kunsthuid zweet op commando

Zwetende robots

Bij de vorige doorbraak van dit team, werd al duidelijk dat de toepassingen van een kunsthuid die op commando kan zweten tal van praktische toepassingen kan hebben. Toen kon de kunsthuid de vloeistof gelijkmatig en overal evenveel afscheiden. Een gelijkmatig zwetende kunsthuid kan helpen om de oppervlakte van robots te koelen. In sociale toepassingen kan het helpen om de robot zo mens-realistisch mogelijk te maken, en dan hoort zweten erbij. Of denk aan speciaal verband dat gecontroleerd medicijnen kan afgeven aan de menselijke huid, of aan een wondoppervlakte zoals een brandwond.

Die toepassingen worden alleen maar concreter doordat ze met deze nieuwe vinding in staat zijn om tot op enkele micrometers nauwkeurig te kunnen controleren waar de kunsthuid vloeistof uitscheidt. Dat niet alleen, maar de onderzoekers controleren nu ook hoeveel en hoelang de vloeistof door de kunsthuid wordt vrijgegeven, waar de vloeistof zich verzamelt en wanneer het tijd is om de vloeistof weer te absorberen.

De vrijgave van vloeistof wordt gestimuleerd door UV-licht. Door vervolgens spanning op het onderliggende elektrische grid te zetten, verzamelt de vloeistof zich op de gewenste plaatsen. Dat is, door het grid slim te designen, helemaal te sturen. Dit zorgt voor een heel natuurlijk zweetpatroon. Ga zelf maar na: zweet verzamelt zich op een warme dag ook op specifieke plaatsen op het gezicht. Deze kunsthuid brengt ons dus weer een flinke stap dichterbij het nabootsen van natuurlijk gedrag van de huid.

Multidisciplinair team

Het enthousiasme en de drive van Danqing Liu, universitair docent bij de faculteit Chemical Engineering & Chemistry en verbonden aan het ICMS instituut, en haar postdoc YuanYuan Zhan zijn aanstekelijk voor eenieder die hen spreekt. In Liu’s bijzondere lab heeft ze een uniek multidisciplinair team om zich heen verzameld. In het lab is ook de apparatuur beschikbaar om elektrotechnisch, chemisch, en fysisch onderzoek te doen in combinatie met industrieel ontwerp, wat binnen de universiteit redelijk bijzonder is. Zij doen samen onderzoek aan verschillende veelbelovende materialen die gebaseerd zijn op vloeibare kristallen, beter bekend van de LCD schermen.

“Het is zo gaaf om te zien wat we met ons team kunnen bereiken met die materialen, op basis van stimuli van buitenaf!”, vertelt Liu enthousiast. “Zelf heb ik ook een hele brede technische achtergrond, dus ik kan meedenken met elk teamlid. Toch is ieders specialisme een voorwaarde om tot de resultaten te komen die we nu laten zien.”

Unieke combinatie van eigenschappen

Wat deze nieuwe iteratie in de kunsthuid van Liu’s team zo uniek maakt is de verregaande controle die ze hebben op het gedrag van de huid: afscheiden, verspreiden of verzamelen en weer absorberen van de vloeistof: ze beheersen dit proces via vrij UV-licht en elektriciteit. Het is dan ook niet vreemd om te zien dat hun werk tot enthousiasme leidt in de materiaalkunde.

“Mijn drijfveer is om nuttige materialen te ontwikkelen. Daarom begin ik graag aan een project met een duidelijk doel voor ogen. In dit geval zochten we een nieuw materiaal voor een nuttige medische toepassing”, vertelt Liu. “En dat kost tijd. Het lijkt nu alsof het snel gaat, maar van het eerste geïnspireerde idee tot waar we nu staan met deze doorbraak heeft ons ruim tien jaar gekost. En we zijn nog niet klaar.”

“We begonnen met het idee om te kijken wat we met vloeibare kristallen konden betekenen in soft robotics in 3D. Daarna verschoof de aandacht naar een 2D-robothuid. We wilden graag een aanvulling zijn op de traditionele robotica, in plaats van de competitie ermee aan gaan. Met de huid kwamen we erachter dat we de topologie (bergen en dalen op micrometerschaal) konden sturen.

Dat kunnen we gebruiken als een coating om bijvoorbeeld zand van de zonnepanelen van de Mars Rover te schudden. Een andere toepassing die we hebben uitgewerkt is het afwisselen van plakkerige en niet plakkerige stukjes van de coating. Door te kiezen welk materiaal op de toppen van de bergen zit en welke in de dalen, konden we zorgen dat iets plakt, of juist niet. Zeker bij kwetsbare of tere onderdelen zoals dun glas kan dat een betere methode zijn dan een vacuüm cup.”

En dat brengt ons bij het huidige onderzoek van Liu’s team. Samen werken ze aan die ene droom: de natuur niet alleen imiteren, maar helpen om te evolueren, door zaken toe te voegen aan wat er al kan. En de conclusie lijkt terecht dat ze daar goed in slagen met hun unieke materialen met vloeibare kristallen.

Het artikel van Yuanyuan Zhan en Danqing Liu “Light- and Field-Controlled Diffusion, Ejection, Flow and Collection of Liquid at a Nanoporous Liquid Crystal Membrane” verscheen als top 5% early access online artikel op 5 juli 2022 in Angewandte Chemie.