Wetenskaplikes kombineer konvensionele robotika en mikrovloeistowwe

Robotte word dikwels toegerus met bewegende arms, baie keer geprogrammeer en gebruik om 'n verskeidenheid take in fabrieke uit te voer. Hierdie tipe robotte het tradisioneel min assosiasie gehad met miniatuurstelsels wat klein hoeveelhede vloeistof deur fyn kapillêre vervoer. Hierdie stelsels, bekend as mikrofluidika of laboratorium-op-'n-skyfie, gebruik gewoonlik eksterne pompe om vloeistof deur die skyfies te beweeg. Dit was egter tradisioneel moeilik om te outomatiseer, en die skyfies moet spesiaal ontwerp en vir elke spesifieke toepassing vervaardig word.

Maar nou, 'n span navorsers onder leiding van ETH Professor Daniel Ahmed kombineer konvensionele robotika en mikrofluidika. Die nuut ontwikkelde toestel gebruik ultraklank en kan aan 'n robotarm geheg word. Dit kan ook 'n wye reeks take in mikro-robotiese en mikro-vloeibare toepassings uitvoer of gebruik word om hierdie toepassings te outomatiseer.

Die nuwe navorsing is in Nature Kommunikasie.

Nuwe en unieke toestel

Die navorsers het 'n unieke toestel ontwikkel wat in staat is om driedimensionele draaikolkpatrone in vloeistof te skep deur die gebruik van ossillerende glasnaalde wat deur piëso-elektriese omskakelaars aangedryf word - toestelle wat ook in luidsprekers, ultraklankbeelding en tandheelkundige skoonmaakgereedskap voorkom. Deur die frekwensie van hierdie ossillasies aan te pas, kan hulle hul patroonformasies presies beheer.

Die span het die toestel gebruik om verskeie toepassings te demonstreer, soos om klein druppels hoogs viskose vloeistowwe te meng.

"Hoe meer viskeuse vloeistowwe is, hoe moeiliker is dit om hulle te meng," sê Ahmed. "Ons metode slaag egter daarin om dit te doen, want dit stel ons in staat om nie net 'n enkele draaikolk te skep nie, maar om ook die vloeistowwe doeltreffend te meng met 'n komplekse driedimensionele patroon wat uit veelvuldige sterk draaikolke bestaan."

Deur vorteks versigtig te manipuleer en die ossillerende glasnaald naby die kanaalmuur te plaas, kon die wetenskaplikes ook hul minikanaalstelsel met verstommende doeltreffendheid aandryf.

Deur 'n robotondersteunde akoestiese toestel te gebruik, kon hulle fyn deeltjies in vloeistof doeltreffend vasvang. Die grootte van elke deeltjie het sy reaksie op klankgolwe bepaal, wat veroorsaak het dat groteres rondom 'n ossillerende glasnaald ophoop. Merkwaardig genoeg is getoon dat hierdie selfde tegniek nie net in staat is om inerte deeltjies te vang nie, maar ook hele vissembrio's. Met verdere ontwikkeling kan die metode ook gebruik word om biologiese selle van binne vloeistowwe vas te vang.

“In die verlede was die manipulering van mikroskopiese deeltjies in drie dimensies altyd uitdagend. Ons mikrorobotarm maak dit maklik,” sê Ahmed.

"Tot nou toe is vooruitgang in groot, konvensionele robotika en mikrofluïdiese toepassings afsonderlik gemaak," gaan Ahmed voort. “Ons werk help om die twee benaderings bymekaar te bring.

Soos ons vorentoe vorder, kan mikrovloeistofstelsels van die toekoms naby aan dié van vandag se gevorderde robottegnologie kom wedloop. Deur 'n enkele toestel te programmeer met veelvuldige take soos om vloeistowwe te meng en te pomp en deeltjies vas te vang, voorsien Ahmed dat ons 'n era inlui waar pasgemaakte skyfies nie meer vir elke toepassing nodig is nie. Voortbou op hierdie konsep is die idee om verskeie glasnaalde saam te verbind tot ingewikkelde draaikolkpatrone - wat ons vermoëns verder stoot as wat voorheen denkbaar was.

Ahmed beoog 'n verskeidenheid potensiële gebruike vir mikrorobotiese arms buite die gebied van laboratoriumanalise - enigiets van voorwerpsortering en DNS-manipulasie tot bykomende vervaardigingstegnieke soos 3D-drukwerk. Met hierdie ontwikkelings kan ons biotegnologie soos ons dit ken, rewolusie.