Tiedemiehet yhdistävät tavanomaista robotiikkaa ja mikronesteitä

Robotit on usein varustettu liikkuvilla käsivarsilla, jotka on monta kertaa ohjelmoitu ja joita käytetään suorittamaan erilaisia ​​tehtäviä tehtaissa. Tämän tyyppisillä roboteilla on perinteisesti ollut vain vähän yhteyttä pienoisjärjestelmiin, jotka kuljettavat pieniä määriä nestettä hienojen kapillaarien läpi. Nämä järjestelmät, jotka tunnetaan nimellä mikrofluidiikka tai lab-on-a-chip, käyttävät yleensä ulkoisia pumppuja nesteen siirtämiseen sirujen läpi. Ne ovat kuitenkin perinteisesti osoittautuneet vaikeiksi automatisoida, ja sirut on suunniteltava ja valmistettava räätälöitynä jokaiseen käyttötarkoitukseen.

Mutta nyt ETH-professori Daniel Ahmedin johtama tutkijaryhmä yhdistää tavanomaista robotiikkaa ja mikrofluidiikkaa. Äskettäin kehitetty laite käyttää ultraääntä ja voidaan kiinnittää robottikäsivarteen. Se voi myös suorittaa monenlaisia ​​tehtäviä mikrorobotti- ja mikrofluidisovelluksissa tai käyttää näiden sovellusten automatisointiin.

Uudesta tutkimuksesta kerrottiin vuonna Luonto Viestintä.

Uusi ja ainutlaatuinen laite

Tutkijat ovat kehittäneet ainutlaatuisen laitteen, joka pystyy luomaan kolmiulotteisia pyörrekuvioita nesteeseen käyttämällä värähteleviä lasineuloja, jotka toimivat pietsosähköisillä muuntimilla – laitteilla, joita löytyy myös kaiuttimista, ultraäänikuvauksesta ja hampaiden puhdistustyökaluista. Säätämällä näiden värähtelyjen taajuutta he voivat tarkasti ohjata kuviomuotojaan.

Tiimi käytti laitetta useiden sovellusten esittelyyn, kuten erittäin viskoosisten nesteiden pienten pisaroiden sekoittamiseen.

"Mitä viskoosimpia nesteitä on, sitä vaikeampaa on sekoittaa niitä", Ahmed sanoo. "Menetelmämme kuitenkin onnistuu tässä, koska sen avulla voimme paitsi luoda yhden pyörteen, myös sekoittaa nesteitä tehokkaasti käyttämällä monimutkaista kolmiulotteista kuviota, joka koostuu useista vahvoista pyörteistä."

Käsittelemällä pyörteitä huolellisesti ja sijoittamalla värähtelevän lasineulan lähelle kanavan seinää, tutkijat pystyivät myös saamaan virtaa minikanavajärjestelmälleen hämmästyttävällä teholla.

Käyttämällä robottiavusteista akustista laitetta he pystyivät vangitsemaan tehokkaasti nesteen hienojakoisia hiukkasia. Kunkin hiukkasen koko määritti sen reaktion ääniaalloille, mikä sai suurempia kerääntymään värähtelevän lasineulan ympärille. On huomattava, että tämän saman tekniikan osoitettiin pystyvän vangitsemaan inerttejä hiukkasia, mutta myös kokonaisia ​​kalan alkioita. Jatkokehityksen myötä menetelmää voitaisiin käyttää myös biologisten solujen sieppaamiseen nesteistä.

”Aiemmin mikroskooppisten hiukkasten käsitteleminen kolmessa ulottuvuudessa oli aina haastavaa. Mikroroboottivarremme tekee sen helpoksi”, Ahmed sanoo.

"Tähän asti edistysaskeleita suurissa, tavanomaisissa robotiikka- ja mikrofluidisovelluksissa on tehty erikseen", Ahmed jatkaa. ”Työmme auttaa yhdistämään nämä kaksi lähestymistapaa.

Edistyessämme tulevaisuuden mikrofluidijärjestelmät voivat kilpailla lähes nykypäivän kehittyneen robottitekniikan kanssa. Ohjelmoimalla yhden laitteen useisiin tehtäviin, kuten nesteiden sekoittamiseen ja pumppaamiseen sekä hiukkasten talteenottoon, Ahmed ennakoi meidät aloittavamme aikakauden, jolloin räätälöityjä siruja ei enää tarvita jokaisessa sovelluksessa. Tämän konseptin pohjalta kehitetään ajatus yhdistää erilaisia ​​lasineuloja yhteen monimutkaisiksi pyörrekuvioiksi – mikä nostaa kykymme pidemmälle kuin aiemmin kuviteltiin.

Ahmed näkee joukon potentiaalisia käyttötapoja mikroroboottisille käsille laboratorioanalyysien ulkopuolella – kaikkea esinelajittelusta ja DNA:n manipuloinnista additiivisiin valmistustekniikoihin, kuten 3D-tulostukseen. Tällä kehityksellä voimme mullistaa biotekniikan sellaisena kuin sen tunnemme.