Conosciamo tutti i robot dotati di bracci mobili.Si siedono in fabbrica, eseguono lavori meccanici e possono essere programmati.Un robot può essere utilizzato per più attività.
Fino ad oggi piccoli sistemi che trasportano quantità trascurabili di liquido attraverso sottili capillari sono stati di scarso valore per questi robot.Sviluppati dai ricercatori in aggiunta alle analisi di laboratorio, tali sistemi sono noti come microfluidica o lab-on-a-chips e in genere utilizzano pompe esterne per spostare i fluidi attraverso il chip.Finora tali sistemi erano difficili da automatizzare e i chip dovevano essere progettati e prodotti su ordinazione per ogni specifica applicazione.
Gli scienziati guidati dal professore dell’ETH Daniel Ahmed stanno ora unendo la robotica convenzionale e la microfluidica.Hanno sviluppato un dispositivo che utilizza gli ultrasuoni e può essere collegato a un braccio robotico.È adatto per un'ampia gamma di compiti nelle applicazioni di microrobotica e microfluidica e può essere utilizzato anche per automatizzare tali applicazioni.Gli scienziati riportano i progressi in Nature Communications.
Il dispositivo è costituito da un ago di vetro sottile e appuntito e da un trasduttore piezoelettrico che fa vibrare l'ago.Trasduttori simili vengono utilizzati negli altoparlanti, nell'imaging a ultrasuoni e nelle apparecchiature odontoiatriche professionali.I ricercatori dell'ETH possono modificare la frequenza di vibrazione degli aghi di vetro.Immergendo un ago in un liquido, hanno creato uno schema tridimensionale composto da molti vortici.Poiché questa modalità dipende dalla frequenza di oscillazione, può essere controllata di conseguenza.
I ricercatori possono usarlo per dimostrare varie applicazioni.Innanzitutto, sono stati in grado di mescolare minuscole goccioline di liquidi altamente viscosi."Più il liquido è viscoso, più difficile è miscelarlo", spiega il professor Ahmed.“Tuttavia, il nostro metodo eccelle in questo perché non solo ci consente di creare un singolo vortice, ma mescola anche efficacemente i fluidi utilizzando complessi modelli 3D costituiti da più vortici forti”.
In secondo luogo, gli scienziati sono stati in grado di pompare il liquido attraverso il sistema di microcanali creando specifici modelli di vortice e posizionando aghi di vetro oscillanti vicino alle pareti del canale.
In terzo luogo, sono riusciti a catturare le particelle fini presenti nel liquido utilizzando un dispositivo acustico robotico.Funziona perché la dimensione di una particella determina il modo in cui risponde alle onde sonore.Particelle relativamente grandi si muovono verso l'ago di vetro oscillante, dove si accumulano.I ricercatori hanno dimostrato come questo metodo possa catturare non solo particelle di natura inanimata, ma anche embrioni di pesci.Credono che dovrebbe anche intrappolare le cellule biologiche nei liquidi.“In passato, manipolare particelle microscopiche in tre dimensioni è sempre stata una sfida.Il nostro minuscolo braccio robotico rende tutto questo semplice”, ha affermato Ahmed.
“Fino ad ora, i progressi nelle applicazioni su larga scala della robotica convenzionale e della microfluidica sono stati fatti separatamente”, ha affermato Ahmed.“Il nostro lavoro aiuta a riunire questi due approcci”.Un dispositivo, opportunamente programmato, può gestire molte attività."Miscelando e pompando liquidi e catturando particelle, possiamo fare tutto con un unico dispositivo", ha affermato Ahmed.Ciò significa che i chip microfluidici di domani non dovranno più essere progettati su misura per ogni specifica applicazione.I ricercatori sperano quindi di combinare più aghi di vetro per creare modelli di vortici più complessi nel liquido.
Oltre alle analisi di laboratorio, Ahmed può immaginare altri usi per il micromanipolatore, come lo smistamento di piccoli oggetti.Forse la mano potrebbe essere utilizzata anche in biotecnologia come mezzo per introdurre il DNA nelle singole cellule.Potrebbero eventualmente essere utilizzati per la produzione additiva e la stampa 3D.
Materiali forniti dall'ETH di Zurigo.Il libro originale è stato scritto da Fabio Bergamin.NOTA.Il contenuto può essere modificato per stile e lunghezza.
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