机械与微流控技术的结合：用于微型机器人的精密手臂
我们大多数人都熟悉拥有可移动手臂的机器人。这些机器通常出现在工厂环境中，能够执行各种机械任务。它们可以被编程来执行一系列的功能，一个机器人可以执行多种任务。到目前为止，配备可移动手臂的机器人与微流控系统的联系有限，这些系统通过精致的毛细血管输送极少量的液体。
这种被称为微流控技术或芯片上的实验室是由研究人员创建的，用于协助实验室分析，通常依靠外部泵来使液体在芯片中循环。然而，这种系统的自动化一直是个挑战，而且芯片必须为每个单独的应用定制设计和制造。
利用一根玻璃针在超声波的帮助下进行振荡，液体可以被操纵，颗粒可以被捕获。资料来源：苏黎世联邦理工学院
由苏黎世联邦理工学院教授Daniel Ahmed领导的科学家们现在正将传统的机器人技术和微流体技术结合起来。他们已经开发出一种使用超声波的设备，并可以连接到一个机器人手臂上。它适用于执行微观机器人和微流体应用中的广泛任务，也可用于实现此类应用的自动化。科学家们在《自然通讯》上报告了这一发展。
该设备包括一个薄而尖的玻璃针和一个压电传感器，该传感器使针摆动。类似的传感器被用于扬声器、超声波成像和专业牙齿清洁设备。ETH的研究人员可以改变其玻璃针的振荡频率。通过将针头浸入液体，他们创造了一个由多个涡流组成的三维图案。由于这种图案取决于振荡频率，因此可以相应地控制它。
研究人员能够利用这一点来展示几种应用。首先，他们能够混合高粘性液体的微小液滴。艾哈迈德教授解释说："液体越是粘稠，混合起来就越困难。然而，我们的方法成功地做到了这一点，因为它使我们不仅能够创造一个单一的漩涡，而且还能利用由多个强漩涡组成的复杂的三维模式有效地混合液体。"
第二，科学家们能够通过创建特定的涡流模式并将摆动的玻璃针靠近通道壁来泵送液体通过一个迷你通道系统。
第三，他们成功地使用他们的机器人辅助声学装置来捕获流体中存在的细小颗粒。这是因为颗粒的大小决定了它对声波的反应。相对较大的颗粒会向摆动的玻璃针移动，在那里它们会聚集起来。研究人员展示了这种方法不仅可以捕获无生命的颗粒，还可以捕获鱼的胚胎，他们相信它也应该能够捕捉到液体中的生物细胞。
"在过去，在三维空间中操纵微观粒子总是具有挑战性。我们的微型机器人手臂让它变得简单，"Ahmed说。"直到现在，大型传统机器人技术和微流体应用的进展都是单独进行的，"Ahmed说。"我们的工作有助于将这两种方法结合起来"。因此，未来的微流控系统可以设计得与今天的机器人系统类似。一个适当编程的单一设备将能够处理各种任务。
"混合和泵送液体以及捕集颗粒--我们可以用一个设备完成所有这些工作。这意味着明天的微流控芯片将不再需要为每个特定的应用定制开发。研究人员下一步希望将几个玻璃针头结合起来，在液体中创造更复杂的涡流模式。"
除了实验室分析，艾哈迈德还可以设想微型机器人手臂的其他应用，如对微小物体进行分类。可以想象，这些手臂也可以用于生物技术，作为将DNA引入单个细胞的一种方式。最终应该有可能将它们用于增材制造和3D打印。
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