Ilmuwan Menggabungkan Robot Konvensional dan Mikrofluidik

Robot sering dilengkapi dengan lengan yang dapat bergerak, banyak kali diprogram dan digunakan untuk melakukan berbagai tugas di pabrik. Jenis robot ini secara tradisional memiliki sedikit asosiasi dengan sistem miniatur yang mengangkut sejumlah kecil cairan melalui kapiler halus. Sistem ini, yang dikenal sebagai mikrofluidik atau lab-on-a-chip, biasanya menggunakan pompa eksternal untuk menggerakkan cairan melalui chip. Namun, mereka secara tradisional terbukti sulit untuk diotomatisasi, dan chip perlu dirancang dan dibuat khusus untuk setiap aplikasi tertentu.

Namun, sekarang, tim peneliti yang dipimpin oleh Profesor ETH Daniel Ahmed menggabungkan robot konvensional dan mikrofluidik. Perangkat baru yang dikembangkan menggunakan ultrasonik dan dapat dipasang pada lengan robot. Perangkat ini juga dapat melakukan berbagai tugas dalam aplikasi robot mikro dan mikrofluidik atau digunakan untuk mengotomatisasi aplikasi tersebut.

Penelitian baru ini dilaporkan di Nature Communications.

Perangkat Baru dan Unik

Peneliti telah mengembangkan perangkat unik yang mampu menciptakan pola vortex tiga dimensi dalam cairan melalui penggunaan jarum kaca yang bergetar yang ditenagai oleh transduser piezoelektrik – perangkat yang juga ditemukan di pengeras suara, pencitraan ultrasonik, dan alat pembersih gigi. Dengan menyesuaikan frekuensi getaran ini, mereka dapat mengontrol pola pembentukan dengan presisi.

Gambar: ETH Zurich

Tim menggunakan perangkat ini untuk mendemonstrasikan beberapa aplikasi, seperti mencampur tetesan kecil cairan yang sangat kental.

“Cairan yang lebih kental, semakin sulit untuk mencampurnya,” kata Ahmed. “Namun, metode kami berhasil melakukan ini karena memungkinkan kami untuk tidak hanya menciptakan satu vortex, tetapi juga mencampur cairan dengan efisien menggunakan pola tiga dimensi yang kompleks yang terdiri dari beberapa vortex kuat.”

Dengan memanipulasi vortex dan memposisikan jarum kaca yang bergetar dekat dinding saluran, para ilmuwan juga dapat memberdayakan sistem mini-saluran mereka dengan efisiensi yang luar biasa.

Dengan menggunakan perangkat akustik yang dibantu robot, mereka dapat menangkap partikel halus dalam cairan dengan efisien. Ukuran setiap partikel menentukan reaksi mereka terhadap gelombang suara, menyebabkan partikel yang lebih besar mengumpul di sekitar jarum kaca yang bergetar. Yang menakjubkan, teknik ini juga dapat menangkap embrio ikan utuh. Dengan pengembangan lebih lanjut, metode ini dapat digunakan untuk menangkap sel biologis dari dalam cairan.

“Di masa lalu, memanipulasi partikel mikroskopis dalam tiga dimensi selalu menantang. Lengan robot mikro kami membuatnya mudah,” kata Ahmed.

“Sampai sekarang, kemajuan dalam robot konvensional besar dan aplikasi mikrofluidik telah dilakukan secara terpisah,” lanjut Ahmed. “Kerja kami membantu menggabungkan kedua pendekatan tersebut.

Pola vortex dalam cairan      Gambar: ETH Zurich

Seiring kita maju, sistem mikrofluidik di masa depan dapat mendekati kemampuan teknologi robotik canggih saat ini. Dengan memprogram satu perangkat dengan beberapa tugas seperti mencampur dan memompa cairan serta menangkap partikel, Ahmed memprediksi kita akan memasuki era di mana chip khusus tidak lagi diperlukan untuk setiap aplikasi. Membangun konsep ini lebih lanjut adalah ide untuk menghubungkan beberapa jarum kaca menjadi pola vortex yang rumit – mendorong kemampuan kita melampaui apa yang dapat dibayangkan sebelumnya.

Ahmed memprediksi berbagai kemungkinan penggunaan lengan robot mikro di luar analisis laboratorium – apa pun dari pengaturan objek dan manipulasi DNA hingga teknik manufaktur aditif seperti pencetakan 3D. Dengan pengembangan ini, kita dapat merevolusi bioteknologi seperti yang kita kenal.