전통 로봇공학과 미세유체학을 결합한 새로운 장치

로봇은 종종 움직이는 팔을 가지고 있으며, 많은 경우 프로그래밍되어 공장에서 다양한 작업을 수행하도록 사용됩니다. 이러한 유형의 로봇은 전통적으로 미세한 액체를 미세한 모세관을 통해 운반하는 미세 유체 시스템, 즉 랩온어치프(lab-on-a-chip)와 관련이 적었습니다. 이러한 시스템은 일반적으로 외부 펌프를 사용하여 칩을 통해 액체를 이동시키지만, 자동화하기가 어려웠으며, 칩은 각 특정 응용 프로그램에 맞게 사용자 지정 설계 및 제조되어야 했습니다.

그러나 이제, 다니엘 아흐메드(Daniel Ahmed) ETH 교수가 이끄는 연구팀은 전통적인 로봇공학과 미세 유체학을 결합했습니다. 새로 개발된 장치는 초음파를 사용하며 로봇 팔에 부착할 수 있습니다. 또한 미세 로봇 및 미세 유체 응용 분야에서 다양한 작업을 수행하거나 이러한 응용 분야를 자동화할 수 있습니다.

새로운 연구는 네이처 커뮤니케이션즈에 보고되었습니다.

새로운 고유한 장치

연구자들은 파이에조 전기 변환기(piezoelectric transducer)에 의해 구동되는 진동하는 유리 바늘을 사용하여 액체에서 3차원 와도 패턴을 생성할 수 있는 고유한 장치를 개발했습니다. 이러한 진동의 주파수를 조정함으로써, 그들은 패턴 형성을 정밀하게 제어할 수 있습니다.

이미지: ETH 취리히

팀은 장치를 사용하여 매우 점성 있는 액체의 작은 방울을 혼합하는 것과 같은 여러 응용 분야를 시연했습니다.

“점성 있는 액체일수록 혼합하기가 더 어렵습니다.” 아흐메드가 말합니다. “그러나 우리의 방법은 성공적으로 혼합할 수 있습니다. 왜냐하면 우리는 단일 와도를 생성할 수 있을 뿐만 아니라, 복잡한 3차원 패턴으로 구성된 여러 강한 와도 사용하여 액체를 효율적으로 혼합할 수 있기 때문입니다.”

와도와 진동하는 유리 바늘의 위치를 조작함으로써, 과학자들은 또한 미니 채널 시스템을驚異的な 효율로 구동할 수 있었습니다.

로봇 보조 음향 장치를 사용하여, 그들은 유체中的 미세한 입자를 효율적으로 포획할 수 있었습니다. 각 입자의 크기에 따라 음파에 반응했으며, 더 큰 입자는 진동하는 유리 바늘 주변에 축적되었습니다.驚異적으로, 이 기술은 불활성 입자뿐만 아니라 전체 물고기 배아도 포획할 수 있었습니다. 추가 개발을 통해, 이 방법은 유체中的 생물학적 세포를 포획하는 데 사용될 수 있습니다.

“과거에, 3차원에서 미세한 입자를 조작하는 것은 항상 어려웠습니다. 우리의 미세 로봇 팔은 쉽게 할 수 있습니다.” 아흐메드가 말합니다.

“지금까지, 대형 전통 로봇공학과 미세 유체 응용 분야의 발전은 별도로 이루어졌습니다.” 아흐메드가 계속합니다. “우리의 연구는 두 가지 접근 방식을 하나로 모으는 데 도움이 됩니다.

액체中的 와도 패턴      이미지: ETH 취리히

미래의 미세 유체 시스템은 오늘날의 고급 로봇 기술에 가까워질 수 있습니다. 단일 장치를 여러 작업, 즉 액체 혼합 및 펌핑, 입자 포획과 같은 작업으로 프로그래밍함으로써, 아흐메드는 각 응용 분야에 맞게 사용자 지정 개발된 칩이 더 이상 필요하지 않은 시대가 다가올 것으로 예상합니다. 이 개념을さらに 발전시키는 아이디어는 여러 유리 바늘을 복잡한 와도 패턴으로 연결하는 것입니다. 이것은 우리의 능력을 이전에는 상상할 수 없는 수준으로 끌어올릴 것입니다.

아흐메드는 실험실 분석의 영역을 넘어서 미세 로봇 팔의 잠재적인 사용을 다양한 분야에서 상상합니다. 객체 정렬, DNA 조작, 3D 프린팅과 같은 적층 제조 기술 등이 포함됩니다. 이러한 발전으로 우리는 생명공학을 우리가 알고 있는 것보다革命的に変化시킬 수 있습니다.