Mikrorobotter bevæbnet med nyt kraftfølende system til at undersøge celler

Billige mikrorobotter, der er i stand til at undersøge og manipulere individuelle celler og væv til biologisk forskning og medicinske anvendelser, er tættere på virkeligheden med designet af et system, der registrerer de små kræfter, der udøves af en robots lille sonde.

Microrobots, der er små nok til at interagere med celler, findes allerede. Imidlertid, der er ikke let, billig måde at måle de små kræfter, der påføres cellerne af robotterne. Måling af disse mikrokræfter er afgørende for præcist at kontrollere botsne og bruge dem til at studere celler.

"Det, der er brug for, er et nyttigt værktøj, biologer kan bruge hver dag og til lave omkostninger, "sagde David Cappelleri, en adjunkt i maskinteknik ved Purdue University.

Nu har forskere designet og bygget en "vision-baseret mikrokraftsensor-effektor, "som er fastgjort til mikrorobotterne som en lille snabel. Et kamera bruges til at måle sondens forskydning, mens den skubber mod celler, tillader en simpel beregning, der afslører den anvendte kraft.

Fremgangsmåden kunne gøre det muligt let at måle "micronewtons" af kraft påført på celleniveau. Et sådant værktøj er nødvendigt for bedre at studere celler og for at forstå, hvordan de interagerer med mikrokræfter. Kræfterne kan bruges til at transformere celler til specifikke cellelinjer, herunder stamceller til forskning og medicinske anvendelser. Målingen af ​​mikrokræfter kan også bruges til at studere, hvordan celler reagerer på visse lægemidler og til at diagnosticere sygdom.

"Du vil have en billig enhed, der kan måle kræfter på micronewton-niveau, og som let kan integreres i standard eksperimentelle testbede, "Sagde Cappelleri.

Mikrorobotter, der bruges til forskning, styres med magnetfelter for at lede dem på plads.

"Men dette er den første med en virkelig funktionel endeffektor til at måle mikrokræfter, " han sagde.

Nuværende metoder til måling af de kræfter, der anvendes af mikrorobotter, er upraktiske og dyre, kræver et atomkraftmikroskop eller besværlige sensorer med komplekse designs, der er vanskelige at fremstille. Det nye system registrerer sondens forskydning med et kamera, mens det skubber mod en celle eller et væv. Forskere kender allerede sondens stivhed. Når det kombineres med forskydning, en simpel beregning afslører den anvendte kraft.

Resultaterne blev detaljeret i et forskningsdokument, der blev præsenteret under den internationale konference om intelligente robotter og systemer i september. Papiret blev forfattet af postdoktoral forskningsassistent Wuming Jing og Cappelleri.

Det nye system kombineret med mikroroboten er omkring 700 mikron kvadrat, og forskerne arbejder på at skabe versioner på cirka 500 mikron kvadrat. For at sætte denne skala i perspektiv, mini-maskinen er cirka halvdelen af ​​størrelsen på "E" i "One Cent" på en amerikansk krone.

"Vi arbejder i øjeblikket på at nedskalere det, " han sagde.

Fremtidig forskning kan også fokusere på automatisering af mikrorobotterne.