Вчені поєднали звичайну робототехніку та мікрорідину

Роботи часто оснащені рухомими руками, багато разів запрограмовані та використовуються для виконання різноманітних завдань на заводах. Ці типи роботів традиційно мало пов’язані з мініатюрними системами, які транспортують невеликі кількості рідини через тонкі капіляри. Ці системи, відомі як мікрофлюїдика або лабораторія на чіпі, зазвичай використовують зовнішні насоси для переміщення рідини через чіпи. Однак їх традиційно важко автоматизувати, і чіпи потрібно розробляти та виготовляти спеціально для кожного конкретного застосування.

Але зараз команда дослідників на чолі з професором ETH Даніелем Ахмедом поєднує звичайну робототехніку та мікрофлюїдику. Нещодавно розроблений пристрій використовує ультразвук і може бути прикріплений до роботизованої руки. Він також може виконувати широкий спектр завдань у мікророботехніці та мікрорідинних програмах або використовуватися для автоматизації цих програм.

Про нове дослідження повідомили в Природа зв'язку.

Новий і унікальний пристрій

Дослідники розробили унікальний пристрій, здатний створювати тривимірні вихрові візерунки в рідині за допомогою осцилюючих скляних голок, що живляться від п’єзоелектричних перетворювачів – пристроїв, які також є в гучномовцях, ультразвукових зображеннях і інструментах для чищення зубів. Регулюючи частоту цих коливань, вони можуть точно контролювати формування візерунків.

Команда використовувала пристрій, щоб продемонструвати кілька застосувань, таких як змішування крихітних крапель високов’язких рідин.

«Чим більш в’язкі рідини, тим важче їх змішувати», — каже Ахмед. «Однак наш метод досягає успіху в цьому, тому що він дозволяє нам не тільки створити один вихор, але також ефективно змішувати рідини за допомогою складної тривимірної моделі, що складається з кількох сильних вихорів».

Ретельно маніпулюючи вихорами та розташувавши осцилюючу скляну голку біля стінки каналу, вчені також змогли забезпечити живлення своєї міні-канальної системи з дивовижною ефективністю.

Використовуючи акустичний пристрій, керований роботом, вони змогли ефективно вловлювати дрібні частинки в рідині. Розмір кожної частинки визначав її реакцію на звукові хвилі, спричиняючи накопичення більших частинок навколо скляної голки, що коливається. Примітно, що ця сама техніка показала здатність не тільки вловлювати інертні частинки, але й цілі ембріони риб. З подальшим розвитком метод може бути використаний для захоплення біологічних клітин також із рідин.

«У минулому маніпулювання мікроскопічними частинками в трьох вимірах завжди було складним завданням. Наша мікророботична рука робить це легко», — каже Ахмед.

«Дотепер прогрес у великій, звичайній робототехніці та мікрофлюїдних додатках здійснювався окремо», — продовжує Ахмед. «Наша робота допомагає об’єднати два підходи.

По мірі просування вперед мікрофлюїдні системи майбутнього можуть наблизитися до конкуренції з сучасними передовими роботизованими технологіями. Програмувавши один пристрій для кількох завдань, таких як змішування та перекачування рідин і уловлювання частинок, Ахмед передбачає, що ми вступаємо в епоху, коли чіпи, розроблені на замовлення, більше не потрібні для кожного застосування. Ця концепція ґрунтується на ідеї з’єднання різних скляних голок разом у складні вихрові візерунки, що розширює наші можливості за межі того, що можна було уявити раніше.

Ахмед передбачає низку потенційних застосувань мікророботизованої зброї за межами сфери лабораторного аналізу — від сортування об’єктів і маніпуляцій з ДНК до адитивних технологій виробництва, таких як 3D-друк. Завдяки цим розробкам ми можемо революціонізувати біотехнологію, якою ми її знаємо.