علماء يجمعون بين الروبوتات التقليدية والسوائل الدقيقة

غالبًا ما يتم تزويد الروبوتات بأذرع متحركة، وغالبًا ما يتم برمجة هذه الروبوتات واستخدامها لأداء مجموعة متنوعة من المهام في المصانع. لم تكن هذه الأنواع من الروبوتات مرتبطة تقليديًا بنظم صغيرة تنقل كميات صغيرة من السوائل عبر الأوعية الشعرية الدقيقة. تعرف هذه الأنظمة باسم السوائل الدقيقة أو مختبر على شريحة، وتستخدم عادةً مضخات خارجية لنقل السوائل عبر الشريحة. ومع ذلك، فقد أثبتت صعوبة تلقينية، ويتطلب الشريحة تصميمًا مخصصًا وتصنيعًا لكل تطبيق محدد.

ولكن الآن، يقوم فريق من الباحثين بقيادة أستاذ ETH دانيال أحمد بدمج الروبوتات التقليدية والسوائل الدقيقة. يستخدم الجهاز الجديد المطور الموجات الصوتية ويمكن تثبيته على ذراع روبوتي. كما يمكنه أداء مجموعة واسعة من المهام في التطبيقات الروبوتية الدقيقة والسوائل الدقيقة أو استخدامها لتلقين هذه التطبيقات.

تم الإبلاغ عن البحث الجديد في Nature Communications.

جهاز جديد وفريد

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

صورة: ETH Zurich

استخدم الفريق الجهاز لتحديد العديد من التطبيقات، 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 فقط، ولكن أيضًا لمزج السوائل بفعالية 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 من تشغيل نظام القناة الصغيرة بفعالية مذهلة.

من خلال استخدام جهاز صوتي مساعد بالروبوت، تمكنوا من التقاط الجسيمات الدقيقة في السوائل بفعالية.حدد حجم كل جسيم رد فعله على الموجات الصوتية، مما أدى إلى تجميع الجسيمات الأكبر حول إبرة زجاجية متذبذبة. وبشكل ملحوظ، أظهرت نفس التقنية أنها قادرة ليس فقط على حبس الجسيمات غير النشطة ولكن أيضًا أجنّة الأسماك بأكملها. مع التطوير المستمر، يمكن استخدام هذه الطريقة لالتقاط الخلايا البيولوجية من داخل السوائل.

“في الماضي، كانت التلاعب بالجسيمات الدقيقة في ثلاثة أبعاد دائمًا تحديًا”، يقول أحمد.

“حتى الآن، تم إجراء التطورات في الروبوتات التقليدية الكبيرة والتطبيقات الدقيقة للسوائل بشكل منفصل”، يواصل أحمد. “يعمل عملنا على جمع هذه المناهج معًا”.

أنماط دوامية في السوائل صورة: ETH Zurich

مع تقدمنا 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 و捕уре الجسيمات، يتوقع أحمد أن ننطلق في عصر حيث لا تكون الشريحة المطورة مخصصة لكل تطبيق ضرورية. بناءً على هذا المفهوم بشكل أكبر هو فكرة ربط الإبر الزجاجية المختلفة معًا في أنماط دوامية معقدة – مما يدفع قدراتنا إلى ما هو أبعد من ما كان يمكن تصوره من قبل.

يتصور أحمد مجموعة من الاستخدامات المحتملة لأذرع الروبوتات الدقيقة خارج نطاق تحليل المختبر – أي شيء من فرز الأجسام وتحويل الحمض النووي إلى تقنيات التصنيع الإضافي مثل الطبع ثلاثي الأبعاد. مع هذه التطورات، يمكننا ثورة التكنولوجيا الحيوية كما نعرفها.