Synthetische huid kan robots laten zweten

De NWO heeft in het kader van het START-UP-programma drie miljoen euro toegekend aan zeven recent aangestelde onderzoekers voor vernieuwend onderzoek in de natuur- en scheikunde. Onder hen is Danqing Liu, docent aan de faculteit van Scheikundige Technologie en Scheikunde van de TU/e. Liu krijgt 411.000 euro. Zij gaat de beurs gebruiken om slimme synthetische oppervlakten te maken die onder invloed van licht of elektrische velden vloeistoffen kunnen afscheiden of opnemen. Deze oppervlakten kunnen onder meer worden gebruikt voor het ontwikkelen van zelf-reinigende systemen, en voor de toepassingen in de robotica en de gezondheidszorg.

Afscheiding is in de natuur een veel voorkomende verschijnsel. Denk aan de menselijk huid die olie afscheidt om ons lichaam te beschermen, of zweet om de lichaamstemperatuur te reguleren. Of aan vissen die een slijmachtige substantie afscheiden om hun huid te beschermen tegen parasieten, en om de waterweerstand te verlagen, zodat ze sneller kunnen zwemmen. Geïnspireerd door de huid van levende wezens ontwikkelt Danqing Liu slimme oppervlaktes die onder invloed van licht en elektriciteit meerdere malen stoffen achter elkaar kunnen afgeven en weer opnemen.

Het gecontroleerd afgeven van vloeistof speelt een grote rol in zelfreinigende systemen, waar het afgegeven smeermiddel het vermogen om vocht op te nemen reguleert, en voorkomt dat zich allerlei vuil aan het oppervlak hecht. Ook kan het worden gebruikt in biomedische toepassingen, zoals huidpleisters die het vochtgehalte reguleren of langzaam antiobiotica afgeven om wonden te genezen. In de afzienbare toekomst kunnen slimme oppervlakten zelfs worden gebruikt als synthetische huid voor robots.

Lopen, sporten, het optillen van voorwerpen, of gewoon stilstaan. Iedere keer als we onze spieren gebruiken, produceren ze warmte. Hoe meer we onze spieren gebruiken, des te meer moeten ze actief worden gekoeld. Het is de reden waarom we zweten. Door te zweten wordt water uit ons lichaam gepompt, dat vervolgens verdampt en ons verkoelt.

Bij robots, vooral bij mensachtige robots waar de vereiste torsie een groot beroep doet op hun motoren, is de opgewekte hitte een fikse beperking voor hun prestaties. Momenteel lossen ingenieurs dat op door ventilatoren of grote radiatoren, die de robots een stuk zwaarder en groter maken. In de toekomst kunnen de slimme oppervlakten die Liu ontwikkelt, worden gebruikt als kunsthuid voor robots, die daardaar “kunnen zweten, afkoelen en beter functioneren”. 

Met haar brede achtergrond in verschillende disciplines, variërend van electrical engineering tot  werktuigbouwkunde en scheikundige technologie, probeert Liu het gat te vullen tussen moleculaire wetenschappen – zoals synthetische organische chemie – en materiaalkunde. “Ik ontwikkel nieuwe materialen zoals siliconen, hydrogels en vloeibare kristalpolymeren op submicrometer-schaal”, legt ze uit. Deze materiaal zijn responsief, wat betekent dat ze externe prikkels kunnen waarnemen en erop kunnen reageren, middels ingebouwde sensorsystemen. De laatste zijn ofwel intrinsiek aanwezig in de materialen zelf, of ze worden erin geïntegreerd in de vorm van optische, elektrische of chemische sensoren.

Danqing Liu begon haar loopbaan bij de faculteit van Werktuigbouwkunden als promovendus in 2009. Na haar promotie trad ze in 2013 toe tot de faculteit van Scheikundige Technologie en Scheikunde, als post-doc. In 2015 werd ze benoemd tot Research Fellow aan het Institute of Complex Molecular Systems. Since 2019 is ze universitair docent in de groep Stimuli-responsive Functional Materials and Devices van prof. Albert Schenning. Naast haar START-UP-beurs kreeg Liu eerder al een 4TU-beurs (2015) en een VENI-beurs (2016) van NWO.