ENGINEERINGNET.BE - ‘Slimme materialen worden vaak ontworpen door ingenieurs, die meestal gebruikmaken van componenten die al beschikbaar zijn.
Als synthetisch-organisch chemicus kan ik de componenten die ik nodig heb zelf ontwerpen en maken', stelt onderzoeker Michael Lerch van Rijksuniversiteit Groningen.
Lerch is opgeleid in het lab van Nobelprijswinnaar Ben Feringa, waar hij moleculaire motoren en schakelaars bouwde.
Tijdens zijn tijd als postdoctoraal onderzoeker aan de Harvard University (VS) raakte hij gefascineerd door de manier waarop de natuur functionele materialen creëert.
‘Een auto bestaat uit zo’n dertigduizend afzonderlijke onderdelen. Biologische materialen daarentegen bestaan uit grote aantallen samenwerkende cellen.’
Daarbij is Lech ook gefascineerd door robotica. De huidige robots vindt hij echter groot en onhandig.
‘De gemiddelde robot heeft allerlei sensoren om de omgeving te scannen en motortjes om te bewegen, aangestuurd door een centrale computer. Maar ze kunnen alleen uitvoeren wat in die centrale computer is voorgeprogrammeerd.’
Een octopus heeft ook een centraal brein, maar zijn armen kunnen zelfstandig denken. Mensen hebben ook zulke gedecentraliseerde systemen.
‘Als je struikelt, voorkomt een lokaal reflexsysteem dat je valt.’ Zulke systemen kunnen ook robots helpen zich snel aan hun omgeving aan te passen.
Lerch maakt daarvoor gebruik van chemische reacties in plaats van computerchips. ‘We hebben bijvoorbeeld moleculen, mechanoforen genaamd, die reageren op uitrekking of druk.’
Deze moleculen activeren vervolgens een reeks andere reacties om een specifieke beweging teweeg te brengen. Het is mogelijk om de reacties zo te ontwerpen dat ze informatie opslaan, berekeningen uitvoeren of een specifieke reeks bewegingen uitvoeren.
Met dit chemische equivalent van een computerprogramma zijn nu bewegingen te genereren op een schaal van enkele tienden van een millimeter. Dat is een behoorlijke uitdaging, aangezien normale besturingsmechanismen op zo’n kleine schaal niet werken.
Dit zou nuttig zijn om micro-robots die te klein zijn om computerchips te herbergen te laten bewegen. Het op chemie gebaseerde besturingssysteem kan ook een lokale reactie genereren.
Als een robothand bijvoorbeeld een sensor heeft die een zacht voorwerp detecteert, kan zo’n lokaal gegenereerd chemisch signaal de grijpkracht aanpassen.
Lerch werkt daarnaast aan slimme coatings, die in de toekomst misschien je huis koel houden of onaangename geuren absorberen.
En wellicht kan slimme verf straks schade in een muur detecteren.
