نحن جميعًا على دراية بالروبوتات المجهزة بأذرع متحركة.إنهم يجلسون على أرضية المصنع، ويقومون بالأعمال الميكانيكية، ويمكن برمجتهم.يمكن استخدام روبوت واحد للقيام بمهام متعددة.
إن الأنظمة الصغيرة التي تنقل كميات ضئيلة من السوائل عبر الشعيرات الدموية الرفيعة لم تكن ذات قيمة كبيرة لمثل هذه الروبوتات حتى اليوم.تُعرف هذه الأنظمة، التي طورها الباحثون كعامل مساعد للتحليل المختبري، باسم الموائع الدقيقة أو المختبر على الرقائق، وعادةً ما تستخدم مضخات خارجية لتحريك السوائل عبر الشريحة.وحتى الآن، كان من الصعب أتمتة مثل هذه الأنظمة، ويجب تصميم الرقائق وتصنيعها حسب الطلب لكل تطبيق محدد.
يقوم العلماء بقيادة البروفيسور دانييل أحمد من ETH بدمج الروبوتات التقليدية والموائع الدقيقة.لقد طوروا جهازًا يستخدم الموجات فوق الصوتية ويمكن توصيله بذراع آلية.إنها مناسبة لمجموعة واسعة من المهام في تطبيقات الروبوتات الدقيقة والموائع الدقيقة ويمكن استخدامها أيضًا لأتمتة مثل هذه التطبيقات.أبلغ العلماء عن التقدم في اتصالات الطبيعة.
يتكون الجهاز من إبرة زجاجية رفيعة ومدببة ومحول طاقة كهرضغطية يتسبب في اهتزاز الإبرة.تُستخدم محولات طاقة مماثلة في مكبرات الصوت والتصوير بالموجات فوق الصوتية ومعدات طب الأسنان الاحترافية.يمكن للباحثين في ETH تغيير تردد اهتزاز الإبر الزجاجية.ومن خلال غمس إبرة في سائل، قاموا بإنشاء نمط ثلاثي الأبعاد يتكون من العديد من الدوامات.وبما أن هذا الوضع يعتمد على تردد التذبذب، فيمكن التحكم فيه وفقًا لذلك.
يمكن للباحثين استخدامه لإظهار التطبيقات المختلفة.أولاً، تمكنوا من مزج قطرات صغيرة من السوائل شديدة اللزوجة.يوضح البروفيسور أحمد قائلاً: "كلما كان السائل أكثر لزوجة، زادت صعوبة الخلط"."ومع ذلك، فإن طريقتنا تتفوق في هذا لأنها لا تسمح لنا فقط بإنشاء دوامة واحدة، ولكنها أيضًا تمزج السوائل بشكل فعال باستخدام أنماط ثلاثية الأبعاد معقدة تتكون من دوامات قوية متعددة."
ثانيًا، تمكن العلماء من ضخ السائل من خلال نظام القنوات الدقيقة عن طريق إنشاء أنماط دوامة محددة ووضع إبر زجاجية متذبذبة بالقرب من جدران القناة.
ثالثًا، تمكنوا من التقاط الجزيئات الدقيقة الموجودة في السائل باستخدام جهاز صوتي آلي.ينجح هذا لأن حجم الجسيم يحدد كيفية استجابته للموجات الصوتية.تتحرك الجزيئات الكبيرة نسبيًا نحو الإبرة الزجاجية المتأرجحة، حيث تتراكم.وأظهر الباحثون كيف يمكن لهذه الطريقة التقاط ليس فقط جزيئات ذات طبيعة غير حية، ولكن أيضًا أجنة الأسماك.ويعتقدون أنه ينبغي أيضًا أن يحبس الخلايا البيولوجية في السوائل."في الماضي، كان التعامل مع الجسيمات المجهرية في ثلاثة أبعاد يمثل تحديًا دائمًا.وقال أحمد: "إن ذراعنا الآلية الصغيرة تجعل هذا الأمر سهلاً".
قال أحمد: "حتى الآن، تم التقدم في التطبيقات واسعة النطاق للروبوتات التقليدية والموائع الدقيقة بشكل منفصل"."إن عملنا يساعد في الجمع بين هذين النهجين."يمكن لجهاز واحد، مبرمج بشكل صحيح، التعامل مع العديد من المهام.قال أحمد: "من خلال خلط وضخ السوائل والتقاط الجزيئات، يمكننا القيام بكل ذلك بجهاز واحد".وهذا يعني أن رقائق الموائع الدقيقة في المستقبل لن تكون بحاجة إلى تصميم مخصص لكل تطبيق محدد.ويأمل الباحثون بعد ذلك في الجمع بين إبر زجاجية متعددة لإنشاء أنماط دوامة أكثر تعقيدًا في السائل.
بالإضافة إلى التحليل المختبري، يستطيع أحمد أن يتخيل استخدامات أخرى للمتلاعب الدقيق، مثل فرز الأشياء الصغيرة.وربما يمكن أيضًا استخدام اليد في التكنولوجيا الحيوية كوسيلة لإدخال الحمض النووي إلى الخلايا الفردية.ويمكن استخدامها في النهاية للتصنيع الإضافي والطباعة ثلاثية الأبعاد.
المواد المقدمة من ETH زيورخ.الكتاب الأصلي كتبه فابيو بيرجامين.ملحوظة.يمكن تحرير المحتوى حسب الأسلوب والطول.
احصل على آخر الأخبار العلمية في قارئ RSS الخاص بك والذي يغطي مئات المواضيع من خلال موجز أخبار ScienceDaily كل ساعة:
أخبرنا برأيك في ScienceDaily - فنحن نرحب بالتعليقات الإيجابية والسلبية.هل لديك أسئلة حول استخدام الموقع؟سؤال؟