علماء يجمعون بين الروبوتات التقليدية والسوائل الدقيقة

الروبوتات غالبًا ما تكون مجهزة بأذرع متحركة، وغالبًا ما يتم برمجةها واستخدامها للقيام بمجموعة من المهام في المصانع. هذه الأنواع من الروبوتات لم تكن مرتبطة تقليديًا بأنظمة صغيرة تنقل كميات صغيرة من السوائل عبر الشعيرات الدقيقة. هذه الأنظمة، المعروفة بالسوائل الدقيقة أو مختبر على شريحة، غالبًا ما تستخدم مضخات خارجية لنقل السوائل عبر الشريحة. ومع ذلك، فقد أثبتت أنها صعبة في التutomatisation، والشريحة تحتاج إلى تصميم وتصنيع مخصص لكل تطبيق محدد.

لكن الآن، فريق من الباحثين بقيادة أستاذ ETH دانيال أحمد يجمعون بين الروبوتات التقليدية والسوائل الدقيقة. الجهاز الجديد طور باستخدام الموجات فوق الصوتية ويمكن تثبيته على ذراع روبوتي. كما يمكنه أداء مجموعة واسعة من المهام في التطبيقات الروبوتية الدقيقة والسوائل الدقيقة أو استخدامها لتأتمة هذه التطبيقات.

نشرت الأبحاث الجديدة في Nature Communications.

جهاز جديد وفريد

لقد طور الباحثون جهازًا فريدًا قادرًا على إنشاء أنماط دوارة ثلاثية الأبعاد في السوائل باستخدام إبر زجاجية متذبذبة مدفوعة bằng محولات بيزو كهربائية – أجهزة موجودة أيضًا في مكبرات الصوت والتصوير بالموجات فوق الصوتية وأدوات تنظيف الأسنان. من خلال ضبط تردد هذه الاهتزازات، يمكنهم التحكم بدقة في تشكيل الأنماط.

صورة: ETH Zurich

استخدم الفريق الجهاز لتحديد عدة تطبيقات، مثل خلط قطرات صغيرة من السوائل اللزجة للغاية.

“كلما كانت السوائل أكثر لزوجة، كلما كانت أكثر صعوبة في خلطها”، يقول أحمد. “然而، طريقةنا تنجح في القيام بذلك لأنها تسمح لنا بإنشاء دوامة واحدة، ولكن أيضًا الخلط الكفؤ للسوائل باستخدام نمط ثلاثي الأبعاد معقد يتكون من دوامات متعددة قوية”.

من خلال التلاعب بدقة بالدوامات ووضع الإبر الزجاجية المتذبذبة بالقرب من جدار القناة، تمكن العلماء أيضًا من تشغيل نظام القناة الصغيرة بفعالية مذهلة.

باستخدام جهاز صوتي مساعد بالروبوت، تمكنوا من القبض على الجسيمات الدقيقة في السوائل بفعالية. حجم كل جسيم quyết định استجابته للموجات الصوتية، مما أدى إلى تجميع الجسيمات الأكبر حول إبرة زجاجية متذبذبة. ومن المذهل أن نفس التقنية أظهرت khả năng لا فقط في القبض على الجسيمات غير النشطة ولكن أيضًا على أجنة الأسماك بأكملها. مع التطوير الإضافي، يمكن استخدام هذه الطريقة للاستحواذ على الخلايا البيولوجية من داخل السوائل.

“في الماضي، كان من الصعب دائمًا التلاعب بالجسيمات الدقيقة في ثلاثة أبعاد. ذراع الروبوت الدقيقة يجعلها سهلة”، يقول أحمد.

“حتى الآن، كانت التطورات في الروبوتات التقليدية الكبيرة والتطبيقات الدقيقة للسوائل منفصلة”، يتابع أحمد. “عملنا يساعد على جمع هذه النهجين معًا.

أنماط دوارة في السوائل      صورة: ETH Zurich

كما نتقدم إلى الأمام، يمكن أن تقترب أنظمة السوائل الدقيقة في المستقبل من منافسة تقنية الروبوتات المتقدمة اليوم. من خلال برمجة جهاز واحد مع مهام متعددة مثل خلط السوائل وضخها وcapture الجسيمات، يتصور أحمد أننا ندخل عصرًا حيث لا تكون الشريحة المطورة مخصصة لكل تطبيق ضرورية. المزيد من تطوير هذا المفهوم هو فكرة ربط إبر زجاجية متعددة معًا في أنماط دوارة معقدة – مما يدفع قدراتنا إلى ما وراء ما كان يمكن تصوره من قبل.

يتصور أحمد مجموعة من الاستخدامات المحتملة لذراع الروبوت الدقيقة وراء نطاق التحليل المعملي – أي شيء من فرز الكائنات وتحويل الحمض النووي إلى تقنيات التصنيع الإضافي مثل الطبع ثلاثي الأبعاد. مع هذه التطورات، يمكننا ثورة التكنولوجيا الحيوية كما نعرفها.