الجمع بين الروبوتات والموائع الدقيقة: ذراع دقيق للروبوتات المصغرة
معظمنا على دراية بالروبوتات التي تمتلك أذرعًا متحركة. توجد هذه الآلات بشكل شائع في إعدادات المصنع وهي قادرة على أداء المهام الميكانيكية المختلفة.
يمكن برمجتها لأداء مجموعة من الوظائف، ويمكن لروبوت واحد تنفيذ مهام متعددة.
حتى الآن، كان للروبوتات المجهزة بأذرع متحركة وصلات محدودة بأنظمة الموائع الدقيقة التي تنقل كميات صغيرة من السائل عبر الشعيرات الدموية الدقيقة.
تم إنشاء هذه الأنظمة، المعروفة باسم microfluidics أو lab-on-a-chip ، بواسطة الباحثين للمساعدة في التحليل المختبري وتعتمد عادةً على المضخات الخارجية لتدوير السائل عبر الرقائق.
ومع ذلك، كانت أتمتة مثل هذه الأنظمة صعبة، وكان لابد من تصميم الشرائح وتصنيعها حسب الطلب لكل تطبيق على حدة.
اهتزازات إبرة الموجات فوق الصوتية
يجمع العلماء الآن بقيادة البروفيسور دانييل أحمد، الروبوتات التقليدية وعلم الموائع الدقيقة.
لقد طوروا جهازًا يستخدم الموجات فوق الصوتية ويمكن توصيله بذراع آلية. إنه مناسب لأداء مجموعة واسعة من المهام في تطبيقات ميكروبيوتيك وميكروفلويديك ويمكن استخدامه أيضًا لأتمتة مثل هذه التطبيقات.
أبلغ العلماء عن هذا التطور في Nature Communications .
يتألف الجهاز من إبرة زجاجية رفيعة مدببة ومحول طاقة كهر ضغطية يتسبب في تأرجح الإبرة. تُستخدم محولات طاقة مماثلة في مكبرات الصوت والتصوير بالموجات فوق الصوتية ومعدات تنظيف الأسنان الاحترافية.
يمكن لباحثي ETH تغيير وتيرة التذبذب لإبرهم الزجاجية. عن طريق غمس الإبرة في سائل يخلقون نمطًا ثلاثي الأبعاد يتكون من دوامات متعددة. نظرًا لأن هذا النمط يعتمد على تردد التذبذب، فيمكن التحكم فيه وفقًا لذلك.
تمكن الباحثون من استخدام هذا لإثبات العديد من التطبيقات. أولاً، تمكنوا من خلط قطرات صغيرة من السوائل شديدة اللزوجة.
يوضح البروفيسور أحمد: “كلما زادت لزوجة السوائل، زاد صعوبة مزجها”. “
ومع ذلك، نجحت طريقتنا في القيام بذلك لأنها تسمح لنا ليس فقط بإنشاء دوامة واحدة ولكن أيضًا بخلط السوائل بكفاءة باستخدام نمط معقد ثلاثي الأبعاد يتكون من دوامات قوية متعددة.”
ثانيًا، تمكن العلماء من ضخ السوائل من خلال نظام قناة صغيرة عن طريق إنشاء نمط معين من الدوامات ووضع الإبرة الزجاجية المتذبذبة بالقرب من جدار القناة.
ثالثًا، نجحوا في استخدام أجهزتهم الصوتية بمساعدة الروبوت لاحتجاز الجسيمات الدقيقة الموجودة في السائل.
ينجح هذا لأن حجم الجسيم يحدد رد فعله على الموجات الصوتية. تتحرك الجسيمات الكبيرة نسبيًا باتجاه إبرة الزجاج المتذبذبة، حيث تتراكم.
أوضح الباحثون كيف يمكن لهذه الطريقة أن تلتقط ليس فقط الجسيمات الجامدة ولكن أيضًا أجنة الأسماك. ويعتقدون أنه يجب أن يكون قادرًا أيضًا على التقاط الخلايا البيولوجية في السائل
في الماضي، كان التعامل مع الجسيمات المجهرية في الأبعاد الثلاثة يمثل تحديًا دائمًا. يقول أحمد: “ذراعنا الميكروبيوتيك تجعل الأمر سهلاً”.
يقول أحمد: “حتى الآن، تم إجراء التطورات في مجال الروبوتات التقليدية الكبيرة وتطبيقات الموائع الدقيقة بشكل منفصل”. “يساعد عملنا في الجمع بين النهجين معًا.”
نتيجة لذلك، يمكن تصميم أنظمة الموائع الدقيقة المستقبلية بشكل مشابه للأنظمة الروبوتية الحالية. سيكون الجهاز الفردي المبرمج بشكل مناسب قادرًا على التعامل مع مجموعة متنوعة من المهام. يقول أحمد: “خلط وضخ السوائل وحبس الجسيمات – يمكننا القيام بكل ذلك بجهاز واحد”.
وهذا يعني أن رقائق الموائع الدقيقة في الغد لن تحتاج بعد الآن إلى التطوير المخصص لكل تطبيق محدد. يود الباحثون بعد ذلك دمج عدة إبر زجاجية لإنشاء أنماط دوامة أكثر تعقيدًا في السوائل.
المصدر: scitechdaily
شاهد ايضا:
