Επιστήμονες Συνδυάζουν Παραδοσιακή Ρομποτική και Μικροϋδροδυναμική

Οι ρομποτ συχνά εξοπλίζονται με κινούμενα βραχίονες, πολλές φορές προγραμματισμένα και χρησιμοποιημένα για την εκτέλεση μιας ποικιλίας εργασιών σε εργοστάσια. Αυτού του είδους οι ρομποτ παραδοσιακά είχαν λίγη σχέση με μικροσκοπικά συστήματα που μεταφέρουν μικρές ποσότητες υγρού μέσω λεπτών καπιλαρίων. Αυτά τα συστήματα, γνωστά ως μικροϋδροδυναμική ή εργαστήριο σε chíπ, συνήθως χρησιμοποιούν εξωτερικούς αντλίες για να μεταφέρουν υγρό μέσω των chíπ. Ωστόσο, έχουν παραδοσιακά αποδειχθεί δύσκολο να αυτοματοποιηθούν, και τα chíπ χρειάζονται να σχεδιαστούν και να κατασκευαστούν για κάθε συγκεκριμένη εφαρμογή.

Αλλά τώρα, μια ομάδα ερευνητών υπό την ηγεσία του καθηγητή Daniel Ahmed του ETH συνδυάζουν την παραδοσιακή ρομποτική και τη μικροϋδροδυναμική. Το καινούριο συσκευή που αναπτύχθηκε χρησιμοποιεί υπερήχους και μπορεί να συνδεθεί σε einen ρομποτικό βραχίονα. Μπορεί επίσης να εκτελέσει eine ποικιλία εργασιών σε μικρορομποτικές και μικροϋδροδυναμικές εφαρμογές ή να χρησιμοποιηθεί για την αυτοματοποίηση αυτών των εφαρμογών.

Η νέα έρευνα αναφέρθηκε στο Nature Communications.

Νέα και Μοναδική Συσκευή

Οι ερευνητές έχουν αναπτύξει μια μοναδική συσκευή ικανή να δημιουργεί τριδιάστατα σπειροειδή μοτίβα σε υγρό μέσω της χρήσης ταλαντούμενων γυάλινων βελών που τροφοδοτούνται από πιεζοηλεκτρικούς μετατροπείς – συσκευές που βρίσκονται επίσης σε ηχεία, υπερήχους και εργαλεία καθαρισμού δοντιών. Με την điều chỉnh της συχνότητας αυτών των ταλαντώσεων, μπορούν να ελέγξουν με ακρίβεια τις σχηματιστικές τους διαδικασίες.

Εικόνα: ETH Zurich

Η ομάδα χρησιμοποίησε τη συσκευή για να δείξει πολλές εφαρμογές, όπως το μείγμα μικρών σταγόνων υγρών με υψηλή ιξώδη.

“Οι πιο ιξώδεις υγροί είναι, το πιο δύσκολο είναι να τους ανακατέψουμε,” λέει ο Ahmed. “Ωστόσο, η μέθοδός μας επιτυγχάνει να το κάνει αυτό επειδή μας επιτρέπει να δημιουργήσουμε όχι μόνο ένα σπειροειδές, αλλά και να ανακατέψουμε αποτελεσματικά τα υγρό χρησιμοποιώντας ένα σύνθετο τριδιάστατο μοτίβο αποτελούμενο από πολλά ισχυρά σπειροειδή.”

Με την προσεκτική χειρισμό των σπειροειδών και τη θέση του ταλαντούμενου γυάλινου βελόνος κοντά στον τοίχο του καναλιού, οι επιστήμονες μπόρεσαν επίσης να τροφοδοτήσουν το σύστημά τους με εξαιρετική αποτελεσματικότητα.

Με τη χρήση μιας ρομποτικής συσκευής ακουστικής, μπόρεσαν να ανακατέψουν αποτελεσματικά τις λεπτές σωματίδια σε υγρό. Το μέγεθος κάθε σωματιδίου καθόριζε την αντίδρασή του στα ηχητικά κύματα, προκαλώντας τα μεγαλύτερα να συσσωρευτούν γύρω από τον ταλαντούμενο γυάλινο βελόνα. Παραδόξως, η ίδια τεχνική αποδείχθηκε ικανή όχι μόνο να παγιδεύσει ανενεργά σωματίδια, αλλά και ολόκληρα εμβρυα ψαριών. Με περαιτέρω ανάπτυξη, η μέθοδος θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την πήξη βιολογικών κυττάρων από υγρό.

“Στον παρελθόν, η χειρισμός μικροσκοπικών σωματιδίων σε τρεις διαστάσεις ήταν πάντα δύσκολος. Ο μικρορομποτικός μας βραχίονας το κάνει εύκολο,” λέει ο Ahmed.

“Μέχρι τώρα, οι προόδους στις μεγάλες, παραδοσιακές ρομποτικές και τις μικροϋδροδυναμικές εφαρμογές έχουν γίνει ξεχωριστά,” συνεχίζει ο Ahmed. “Η δουλειά μας βοηθά να φέρει τις δύο προσεγγίσεις μαζί.

Σπειροειδή μοτίβα σε υγρό      Εικόνα: ETH Zurich

Καθώς προχωρούμε μπροστά, τα μικροϋδροδυναμικά συστήματα του μέλλοντος θα μπορούσαν να έρθουν κοντά στο να ανταγωνιστούν εκείνα της σύγχρονης ρομποτικής τεχνολογίας. Με την προγραμματισμό μιας単ικής συσκευής με πολλές εργασίες όπως το μείγμα και η αντλία υγρού και η πήξη σωματιδίων, ο Ahmed προβλέπει ότι θα φέρουμε μια εποχή όπου τα εξειδικευμένα chíπ δεν θα είναι πλέον απαραίτητα για κάθε εφαρμογή. Κτίζοντας πάνω σε αυτήν την ιδέα, η ιδέα να συνδέσουμε πολλά γυάλινα βελόνια μαζί σε περίπλοκα σπειροειδή μοτίβα -推進 наших ικανοτήτων πέρα από ό,τι ήταν φανταστικό πριν.

Ο Ahmed οραματίζεται μια σειρά από πιθανές χρήσεις για μικρορομποτικούς βραχίονες πέρα από το πεδίο της εργαστηριακής ανάλυσης – οτιδήποτε από την ταξινόμηση αντικειμένων και τη χειρισμό του DNA έως τις τεχνικές προσθήκης όπως η τρισδιάστατη εκτύπωση. Με αυτές τις εξελίξεις, μπορούμε να επαναφέρουμε τη βιοτεχνολογία όπως τη γνωρίζουμε.