Все мы знакомы с роботами, оснащенными подвижными руками.Они сидят в заводских цехах, выполняют механическую работу и их можно программировать.Один робот может использоваться для нескольких задач.
Крошечные системы, транспортирующие незначительное количество жидкости через тонкие капилляры, до сегодняшнего дня не представляли особой ценности для таких роботов.Такие системы, разработанные исследователями в качестве дополнения к лабораторному анализу, известны как микрофлюидика или «лаборатория на чипе» и обычно используют внешние насосы для перемещения жидкостей через чип.До сих пор такие системы было сложно автоматизировать, и микросхемы приходилось проектировать и производить на заказ для каждого конкретного применения.
Ученые под руководством профессора ETH Дэниела Ахмеда сейчас объединяют традиционную робототехнику и микрофлюидику.Они разработали устройство, которое использует ультразвук и может быть прикреплено к роботизированной руке.Он подходит для широкого спектра задач в области микроробототехники и микрофлюидики, а также может использоваться для автоматизации таких приложений.Ученые сообщают о прогрессе в области Nature Communications.
Устройство состоит из тонкой заостренной стеклянной иглы и пьезоэлектрического преобразователя, который заставляет иглу вибрировать.Подобные преобразователи используются в громкоговорителях, ультразвуковом оборудовании и профессиональном стоматологическом оборудовании.Исследователи ETH могут изменить частоту вибрации стеклянных игл.Окунув иглу в жидкость, они создали трехмерный узор из множества завитков.Поскольку этот режим зависит от частоты колебаний, им можно управлять соответствующим образом.
Исследователи могут использовать его для демонстрации различных приложений.Во-первых, они смогли смешивать мельчайшие капли высоковязких жидкостей.«Чем вязкее жидкость, тем сложнее ее смешивать», — объясняет профессор Ахмед.«Однако наш метод превосходен в этом, потому что он не только позволяет нам создавать одиночный вихрь, но также эффективно смешивает жидкости, используя сложные трехмерные узоры, состоящие из множества сильных вихрей».
Во-вторых, ученые смогли прокачивать жидкость через систему микроканалов, создавая определенные вихревые узоры и размещая колеблющиеся стеклянные иглы близко к стенкам канала.
В-третьих, они смогли улавливать мелкие частицы, присутствующие в жидкости, с помощью роботизированного акустического устройства.Это работает, потому что размер частицы определяет, как она реагирует на звуковые волны.Относительно крупные частицы движутся к колеблющейся стеклянной игле, где и накапливаются.Исследователи показали, как этим методом можно улавливать не только частицы неживой природы, но и эмбрионы рыб.Они полагают, что он также должен улавливать биологические клетки в жидкостях.«Раньше манипулирование микроскопическими частицами в трех измерениях всегда было сложной задачей.Наша крошечная роботизированная рука упрощает эту задачу», — сказал Ахмед.
«До сих пор достижения в крупномасштабном применении традиционной робототехники и микрофлюидики осуществлялись отдельно», — сказал Ахмед.«Наша работа помогает объединить эти два подхода».Одно правильно запрограммированное устройство может справиться со многими задачами.«Смешивать и перекачивать жидкости, а также улавливать частицы — мы можем делать все это с помощью одного устройства», — сказал Ахмед.Это означает, что микрофлюидные чипы завтрашнего дня больше не нужно будет разрабатывать индивидуально для каждого конкретного применения.Затем исследователи надеются объединить несколько стеклянных игл для создания более сложных вихревых узоров в жидкости.
Помимо лабораторного анализа, Ахмед может представить себе и другие применения микроманипулятора, например, сортировку крошечных предметов.Возможно, руку также можно будет использовать в биотехнологии как способ введения ДНК в отдельные клетки.В конечном итоге их можно будет использовать для аддитивного производства и 3D-печати.
Материалы предоставлены ETH Zurich.Оригинальную книгу написал Фабио Бергамин.ПРИМЕЧАНИЕ.Содержимое можно редактировать по стилю и длине.
Получайте последние новости науки в своей программе чтения RSS, охватывающей сотни тем, с помощью ежечасной ленты новостей ScienceDaily:
Расскажите нам, что вы думаете о ScienceDaily – мы приветствуем как положительные, так и отрицательные комментарии.Есть вопросы по использованию сайта?вопрос?