Oamenii de știință combină robotică convențională și microfluidică

Roboții sunt adesea echipați cu brațe mobile, de multe ori programate și utilizate pentru a efectua o varietate de sarcini în fabrici. Aceste tipuri de roboți au avut, în mod tradițional, o asociere mică cu sistemele miniaturale care transportă cantități mici de lichid prin capilare fine. Aceste sisteme, cunoscute sub numele de microfluidică sau laborator pe un cip, utilizează, de obicei, pompe externe pentru a mișca lichidul prin cipuri. Cu toate acestea, ele s-au dovedit a fi dificil de automatizat, iar cipurile trebuie să fie proiectate și fabricate în mod special pentru fiecare aplicație specifică.

Însă, acum, o echipă de cercetători condusă de profesorul Daniel Ahmed de la ETH combină robotică convențională și microfluidică. Dispozitivul nou dezvoltat utilizează ultrasunete și poate fi atașat la un braț robotic. El poate efectua o gamă largă de sarcini în aplicații micro robotice și micro fluide sau poate fi utilizat pentru a automatiza aceste aplicații.

Cercetarea nouă a fost raportată în Nature Communications.

Dispozitiv nou și unic

Cercetătorii au dezvoltat un dispozitiv unic capabil să creeze modele de vortex tridimensionale în lichid prin utilizarea acelor de sticlă oscilante alimentate de transductoare piezoelectrice – dispozitive care se găsesc și în difuzoare, imagistică cu ultrasunete și instrumente de curățare dentară. Prin ajustarea frecvenței acestor oscilații, ei pot controla precis formarea modelelor.

Imagine: ETH Zurich

Echipa a utilizat dispozitivul pentru a demonstra mai multe aplicații, cum ar fi amestecarea picăturilor mici de lichide foarte vâscoase.

„Cu cât lichidele sunt mai vâscoase, cu atât este mai dificil să le amesteci”, spune Ahmed. „Cu toate acestea, metoda noastră reușește să facă acest lucru, deoarece ne permite să creăm nu numai un singur vortex, ci și să amestecăm eficient lichidele utilizând un model tridimensional complex compus din multiple vortexuri puternice.”

Prin manipularea atentă a vortexurilor și poziționarea acului de sticlă oscilantă lângă peretele canalului, oamenii de știință au putut, de asemenea, să alimenteze sistemul lor mini-canale cu o eficiență uimitoare.

Prin utilizarea unui dispozitiv acustic asistat de robot, ei au putut să captureze eficient particule fine în fluid. Dimensiunea fiecărei particule a determinat reacția sa la undele sonore, făcând ca particulele mai mari să se acumuleze în jurul acului de sticlă oscilantă. În mod remarcabil, aceeași tehnică a fost demonstrată a fi capabilă nu numai să prindă particule inerte, ci și embrioni de pește întregi. Cu o dezvoltare ulterioară, metoda ar putea fi utilizată pentru capturarea celulelor biologice din fluide.

„În trecut, manipularea particulelor microscopice în trei dimensiuni a fost întotdeauna o provocare. Brațul nostru microrobotic face acest lucru ușor”, spune Ahmed.

„Până acum, progresele în robotică convențională și aplicații microfluide au fost făcute separat”, continuă Ahmed. „Lucrarea noastră ajută la combinarea celor două abordări.

Modele de vortex în lichide      Imagine: ETH Zurich

Pe măsură ce progresăm, sistemele microfluide ale viitorului ar putea ajunge să rivalizeze tehnologia robotică avansată de astăzi. Prin programarea unui singur dispozitiv cu multiple sarcini, cum ar fi amestecarea și pomparea lichidelor și capturarea particulelor, Ahmed anticipează că vom intra într-o eră în care cipurile personalizate nu vor mai fi necesare pentru fiecare aplicație. Construind pe această idee, este conceptul de a conecta mai multe ace de sticlă împreună în modele de vortex complexe – împingându-ne capacitățile dincolo de ceea ce era imaginabil anterior.

Ahmed imaginează o gamă de utilizări potențiale pentru brațele microrobotice dincolo de domeniul analizei de laborator – orice, de la sortarea obiectelor și manipularea ADN-ului la tehnici de fabricație aditivă, cum ar fi imprimarea 3D. Cu aceste dezvoltări, putem revoluționa biotehnologia așa cum o știm.