Ingeniører udvikler miniaturiserede lagerrobotter til bioteknologiske applikationer

UCLA -ingeniører har udviklet minimale lagerlogistikrobotter, der kan hjælpe med at fremskynde og automatisere medicinske diagnostiske teknologier og andre applikationer, der flytter og manipulerer små dråber væske. Undersøgelsen blev offentliggjort i Science Robotics .

Robotterne er skiveformede magneter på omkring 2 millimeter i diameter, designet til at arbejde sammen om at flytte og manipulere dråber af blod eller andre væsker, med præcision. For eksempel, robotterne kan spalte en stor dråbe væske til mindre dråber, der er lige store i volumen for konsekvent test. De kan også flytte dråber ind i forudindlæste testbakker for at tjekke for tegn på sygdom. Forskergruppen kalder disse robotter "ferrobotter", fordi de drives af magnetisme.

Ferrobotterne kan programmeres til at udføre massivt paralleliserede og sekventielle fluidiske operationer i små skalaer på en kollaborativ måde. For at kontrollere robotternes bevægelse, elektromagnetiske fliser i chippen trækker ferrobotterne langs de ønskede stier, meget som at bruge magneter til at flytte metalskakbrikker fra undersiden af ​​et skakbræt.

"Vi blev inspireret af den transformerende indvirkning af netværksforbundne mobile robotsystemer på produktionen, lager- og distributionsindustrier, såsom dem, der bruges til effektivt at sortere og transportere pakker på Amazonas lagre, " sagde Sam Emaminejad, en adjunkt i elektro- og computerteknik og studiets tilsvarende seniorforfatter. "Så, Vi satte os for at implementere det samme niveau af automatisering og mobilitet i en mikrofluidisk indstilling. Men vores 'fabriksgulv' er meget mindre, omtrent på størrelse med din håndflade, og vores varer, væskedråberne, er så små som nogle få tiendedele af en millimeter."

"Fabriksgulvet" er en chip på størrelse med indekskort, designet af forskerne, med interne strukturer, der hjælper med at manipulere væskedråber transporteret af robotterne, som vist i denne video:

"På samme måde som mobile og tværsamarbejdende Amazon-robotter transformerede de logistikbaserede industrier, vores teknologi kan transformere forskellige biotek-relaterede industrier, herunder medicinsk diagnostik, udvikling af lægemidler, genomik, og syntese af kemikalier og materialer, " sagde studie medkorresponderende og seniorforfatter Dino Di Carlo, UCLA's Armond og Elena Hairapetian Professor i teknik og medicin. "Disse felter har traditionelt brugt køleskabsstørrelse 'væskehåndterende' robotter. Ved hjælp af vores meget mindre ferrobotter, vi har potentiale til at lave mange flere eksperimenter - og generere betydeligt flere data - med de samme udgangsmaterialer og på samme tid. "

Forskerne viste i et af deres eksperimenter, hvordan et automatiseret netværk af tre robotter i fællesskab kunne arbejde med at flytte og manipulere dråber af humane plasmaprøver på en chip på jagt efter molekylære markører, der ville indikere tilstedeværelse af kræft.

"Vi programmerede, hvornår og hvor fliserne blev tændt og slukket for at guide ferrobotter gennem deres udpegede ruter, "sagde Wenzhuo Yu, en UCLA el- og computeringeniørstuderende og en co-lead forfatter på papiret. "Dette giver os mulighed for at have flere robotter, der arbejder i samme rum, og i et relativt hurtigt tempo for at udføre opgaver effektivt. "

Robotterne bevægede sig med 10 centimeter i sekundet og præsterede mere end 10, 000 cykliske bevægelser i løbet af en 24-timers periode i eksperimenterne. Udover transport, andre funktioner såsom dispensering, fusion og filtrering af væskeprøver blev påvist, da ferrobotter interagerede med strukturer på chippen.