沃卡惠機器人通常配備移動臂，經過多次編程并用于在工廠中執行各種任務。這些類型的機器人傳統上與通過細毛細管輸送少量液體的微型系統關系不大。這些被稱為微流體或芯片實驗室的系統通常使用外部泵來移動液體通過芯片。然而，傳統上它們很難實現自動化，并且芯片需要針對每個特定應用進行定制設計和制造。
但現在，由 ETH 教授 Daniel Ahmed 領導的一組研究人員正在將傳統機器人技術和微流體技術結合起來。新開發的設備使用超聲波，可以連接到機械臂上。它還可以在微型機器人和微流體應用中執行廣泛的任務，或用于自動化這些應用。
Nature Communications報道了這項新研究。
新的和獨特的設備
研究人員開發了一種獨特的裝置，能夠通過使用由壓電換能器驅動的振蕩玻璃針在液體中產生三維渦流模式——這種裝置也用于揚聲器、超聲成像和牙科清潔工具。通過調整這些振蕩的頻率，他們可以精確地控制它們的圖案形成。
圖片：蘇黎世聯邦理工學院
該團隊使用該設備演示了多種應用，例如混合高粘性液體的微小液滴。
“越粘稠的液體，就越難混合它們，”艾哈邁德說。“然而，我們的方法成功地做到了這一點，因為它不僅使我們能夠創建單個渦流，而且還可以使用由多個強渦流組成的復雜三維模式有效地混合液體。”
通過小心地操縱渦流并將振蕩玻璃針定位在通道壁附近，科學家們還能夠以驚人的效率為他們的微型通道系統提供動力。
通過利用機器人輔助聲學設備，他們能夠有效地捕獲流體中的細小顆粒。每個粒子的大小決定了它對聲波的反應，導致較大的粒子聚集在擺動的玻璃針周圍。值得注意的是，同樣的技術被證明不僅能夠捕獲惰性微粒，而且能夠捕獲整個魚胚胎。隨著進一步的發展，該方法也可用于從液體中捕獲生物細胞。
“過去，在三個維度上操縱微觀粒子總是具有挑戰性。我們的微型機械臂讓這一切變得簡單，”Ahmed 說。
“到目前為止，大型傳統機器人和微流體應用的進步是分開進行的，”Ahmed 繼續說道。“我們的工作有助于將這兩種方法結合在一起。
液體中的渦流模式圖片：蘇黎世聯邦理工學院
隨著我們的進步，未來的微流體系統可能會與當今先進的機器人技術相媲美。通過對單個設備進行多種任務編程，例如混合和泵送液體以及捕獲顆粒，Ahmed 預見到我們將迎來一個不再需要為每個應用程序定制開發芯片的時代。在這個概念的基礎上進一步發展的是將各種玻璃針連接在一起形成復雜的渦流模式的想法——將我們的能力推向前所未有的高度。
艾哈邁德設想了微型機器人手臂在實驗室分析領域之外的一系列潛在用途——從物體分類和 DNA 操作到 3D 打印等增材制造技術。隨著這些發展，我們可以徹底改變我們所知道的生物技術。
