นักวิทยาศาสตร์รวมหุ่นยนต์แบบเดิมและไมโครฟลูอิดิกส์

หุ่นยนต์มักถูกติดตั้งด้วยแขนยืดที่สามารถเคลื่อนไหวได้ ซึ่งมักถูกเขียนโปรแกรมและใช้ในการทำงานในโรงงาน หุ่นยนต์ประเภทนี้มักไม่ได้รับการเชื่อมต่อกับระบบไมโครฟลูอิดิกส์หรือแล็บ-ออน-อะ-ชิป ซึ่งเป็นระบบที่ใช้ในการขนส่งของเหลวในปริมาณเล็กๆ ผ่านหลอดแคปิลารี่ ระบบเหล่านี้มักใช้ปั๊มภายนอกในการขนส่งของเหลวผ่านชิป แต่ระบบเหล่านี้มักเป็นเรื่องที่ยากต่อการทำให้ทำงานอัตโนมัติ และชิปเหล่านี้ต้องถูกออกแบบและผลิตขึ้นสำหรับการใช้งานเฉพาะ

แต่ขณะนี้ ทีมนักวิจัยนำโดย ETH Professor Daniel Ahmed ได้รวมหุ่นยนต์แบบเดิมและไมโครฟลูอิดิกส์เข้าด้วยกัน อุปกรณ์ใหม่นี้ใช้คลื่นเสียงและสามารถติดตั้งบนแขนหุ่นยนต์ได้ อุปกรณ์นี้สามารถทำงานได้หลากหลายในด้านไมโครโรบอติกส์และไมโครฟลูอิดิกส์ หรือใช้ในการทำให้ระบบเหล่านี้ทำงานอัตโนมัติ

การวิจัยใหม่นี้ถูกตีพิมพ์ใน Nature Communications.

อุปกรณ์ใหม่และเป็นเอกลักษณ์

นักวิจัยได้พัฒนาเครื่องมือที่สามารถสร้างรูปแบบวอร์เท็กซ์สามมิติในของเหลวโดยใช้เข็มแก้วที่สั่นไหวซึ่งได้รับการจ่ายพลังงานจากทรานส์ดิวเซอร์แบบพีเยโซอิเล็กทริก ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่พบในลำโพง ระบบอัลตราซาวนด์ และเครื่องทำความสะอาดฟัน โดยการปรับเปลี่ยนความถี่ของการสั่นไหวเหล่านี้ พวกเขาสามารถควบคุมรูปแบบการก่อตัวได้อย่างแม่นยำ

ภาพ: ETH Zurich

ทีมงานใช้อุปกรณ์นี้เพื่อแสดงการประยุกต์ใช้หลายอย่าง เช่น การผสมของเหลวที่มีความหนืดสูง

“ของเหลวที่มีความหนืดสูงจะยากต่อการผสม” Ahmed กล่าว “แต่วิธีการของเราสามารถทำได้เพราะว่าเราสามารถสร้างวอร์เท็กซ์เดียวได้ และยังสามารถผสมของเหลวได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้รูปแบบสามมิติที่ซับซ้อนประกอบด้วยวอร์เท็กซ์หลายอันที่มีความเข้มข้นสูง”

โดยการควบคุมวอร์เท็กซ์และวางเข็มแก้วที่สั่นไหวใกล้กับกำแพงทางเดินของเหลว นักวิทยาศาสตร์สามารถให้พลังงานแก่ระบบไมโครชาแนลได้อย่างมีประสิทธิภาพ

โดยการใช้อุปกรณ์อะคูสติกที่ได้รับการช่วยเหลือจากหุ่นยนต์ พวกเขาสามารถจับอนุภาคเล็กๆ ในของเหลวได้อย่างมีประสิทธิภาพ ขนาดของอนุภาคแต่ละตัวจะกำหนดปฏิกิริยาต่อคลื่นเสียง ทำให้อนุภาคที่ใหญ่ขึ้นรวมตัวกันรอบๆ เข็มแก้วที่สั่นไหว นอกจากนี้เทคนิคนี้ยังสามารถจับเอ็มบริโอของปลาได้ และด้วยการพัฒนาต่อไป วิธีการนี้สามารถใช้ในการจับเซลล์ทางชีววิทยาจากของเหลวได้

“ในอดีต การจัดการอนุภาคขนาดเล็กในสามมิติเป็นเรื่องที่ท้าทาย” Ahmed กล่าว “แขนไมโครโรบอติกของเราทำให้ง่ายขึ้น”

“จนถึงตอนนี้ การพัฒนาหุ่นยนต์ขนาดใหญ่และไมโครฟลูอิดิกส์ได้ถูกทำแยกจากกัน” Ahmed กล่าวต่อ “งานของเราช่วยให้สองแนวทางนี้มารวมกัน”

รูปแบบวอร์เท็กซ์ในของเหลว ภาพ: ETH Zurich

เมื่อเราเดินหน้าต่อไป ระบบไมโครฟลูอิดิกส์ในอนาคตอาจจะเทียบเท่ากับเทคโนโลยีหุ่นยนต์ที่ทันสมัยในปัจจุบัน โดยการเขียนโปรแกรมอุปกรณ์เดียวเพื่อทำงานหลายอย่าง เช่น การผสมและปั๊มของเหลว และการจับอนุภาค Ahmed คาดการณ์ว่าเราจะเข้าสู่ยุคที่ชิปที่ถูกออกแบบและผลิตขึ้นสำหรับการใช้งานเฉพาะไม่จำเป็นต้องมีอีกต่อไป โดยการเชื่อมต่อเข็มแก้วหลายๆ อันเข้าด้วยกันเพื่อสร้างรูปแบบวอร์เท็กซ์ที่ซับซ้อน ทำให้เราไปไกล

Ahmed คาดการณ์ว่าแขนไมโครโรบอติกจะมีการใช้งานที่หลากหลายนอกเหนือจากห้องปฏิบัติการวิเคราะห์ เช่น การจัดเรียงวัตถุ การจัดการดีเอ็นเอ และการผลิตแบบแอดดิตีฟ เช่น การพิมพ์ 3 มิติ ด้วยการพัฒนานี้ เราสามารถปฏิวัติเทคโนโลยีชีวภาพได้