We kennen allemaal robots die zijn uitgerust met beweegbare armen.Ze zitten op de fabrieksvloer, voeren mechanisch werk uit en kunnen worden geprogrammeerd.Eén robot kan voor meerdere taken worden ingezet.
Kleine systemen die verwaarloosbare hoeveelheden vloeistof door dunne haarvaten transporteren, zijn tot op de dag van vandaag van weinig waarde geweest voor dergelijke robots.Dergelijke systemen zijn door onderzoekers ontwikkeld als aanvulling op laboratoriumanalyses en staan ​​bekend als microfluidics of lab-on-a-chips. Ze gebruiken doorgaans externe pompen om vloeistoffen over de chip te verplaatsen.Tot nu toe waren dergelijke systemen moeilijk te automatiseren en moesten chips voor elke specifieke toepassing op bestelling worden ontworpen en vervaardigd.
Wetenschappers onder leiding van ETH-professor Daniel Ahmed combineren nu conventionele robotica en microfluïdica.Ze hebben een apparaat ontwikkeld dat gebruik maakt van echografie en dat aan een robotarm kan worden bevestigd.Het is geschikt voor een breed scala aan taken in microrobotica en microfluidica-toepassingen en kan ook worden gebruikt om dergelijke toepassingen te automatiseren.De wetenschappers rapporteren de voortgang in Nature Communications.
Het apparaat bestaat uit een dunne, puntige glazen naald en een piëzo-elektrische transducer die ervoor zorgt dat de naald trilt.Soortgelijke transducers worden gebruikt in luidsprekers, echografie en professionele tandheelkundige apparatuur.ETH-onderzoekers kunnen de trillingsfrequentie van glazen naalden veranderen.Door een naald in een vloeistof te dopen, creëerden ze een driedimensionaal patroon van vele wervelingen.Omdat deze modus afhankelijk is van de oscillatiefrequentie, kan deze dienovereenkomstig worden geregeld.
Onderzoekers kunnen er verschillende toepassingen mee demonstreren.Ten eerste waren ze in staat kleine druppeltjes zeer stroperige vloeistoffen te mengen.“Hoe stroperiger de vloeistof, hoe moeilijker het is om te mengen”, legt professor Ahmed uit.“Onze methode blinkt hier echter in uit, omdat we hiermee niet alleen één enkele vortex kunnen creëren, maar ook vloeistoffen effectief kunnen mengen met behulp van complexe 3D-patronen die uit meerdere sterke wervels bestaan.”
Ten tweede konden de wetenschappers vloeistof door het microkanaalsysteem pompen door specifieke vortexpatronen te creëren en oscillerende glazen naalden dicht bij de kanaalwanden te plaatsen.
Ten derde waren ze in staat om de fijne deeltjes in de vloeistof op te vangen met behulp van een akoestisch robotapparaat.Dit werkt omdat de grootte van een deeltje bepaalt hoe het reageert op geluidsgolven.Relatief grote deeltjes bewegen zich naar de oscillerende glasnaald, waar ze zich ophopen.De onderzoekers lieten zien hoe deze methode niet alleen deeltjes van de levenloze natuur kan vangen, maar ook visembryo's.Ze zijn van mening dat het ook biologische cellen in vloeistoffen moet vangen.“In het verleden was het manipuleren van microscopische deeltjes in drie dimensies altijd een uitdaging.Onze kleine robotarm maakt dit gemakkelijk”, zegt Ahmed.
“Tot nu toe zijn de vorderingen in grootschalige toepassingen van conventionele robotica en microfluïdica afzonderlijk gedaan”, zegt Ahmed.“Ons werk helpt deze twee benaderingen samen te brengen.”Eén apparaat, goed geprogrammeerd, kan vele taken aan.“Vloeistoffen mengen en verpompen en deeltjes opvangen, we kunnen het allemaal met één apparaat”, zegt Ahmed.Dit betekent dat de microfluïdische chips van morgen niet langer voor elke specifieke toepassing op maat ontworpen hoeven te worden.De onderzoekers hopen vervolgens meerdere glazen naalden te combineren om complexere vortexpatronen in de vloeistof te creëren.
Naast laboratoriumanalyses kan Ahmed ook andere toepassingen van de micromanipulator bedenken, zoals het sorteren van kleine voorwerpen.Misschien kan de hand ook in de biotechnologie worden gebruikt als een manier om DNA in individuele cellen te brengen.Ze kunnen uiteindelijk worden gebruikt voor additive manufacturing en 3D-printen.
Materialen geleverd door ETH Zürich.Het originele boek is geschreven door Fabio Bergamin.OPMERKING.Inhoud kan worden bewerkt op stijl en lengte.
Ontvang het laatste wetenschappelijke nieuws in uw RSS-lezer over honderden onderwerpen met de ScienceDaily-nieuwsfeed die elk uur verschijnt:
Vertel ons wat u van ScienceDaily vindt – we verwelkomen zowel positieve als negatieve opmerkingen.Heeft u vragen over het gebruik van de site?vraag?