UCLA-ingenieurs hebben minuscule magazijnlogistiekrobots ontwikkeld die kunnen helpen bij het versnellen en automatiseren van medische diagnostische technologieën en andere toepassingen die kleine vloeistofdruppels verplaatsen en manipuleren. De studie is gepubliceerd in Wetenschap Robotica .

De robots zijn schijfvormige magneten met een diameter van ongeveer 2 millimeter, ontworpen om samen te werken om druppeltjes bloed of andere vloeistoffen te verplaatsen en te manipuleren, met precisie. Bijvoorbeeld, de robots kunnen een grote druppel vloeistof opsplitsen in kleinere druppels van hetzelfde volume voor consistente tests. Ze kunnen ook druppeltjes naar voorgeladen testtrays verplaatsen om te controleren op tekenen van ziekte. Het onderzoeksteam noemt deze robots "ferrobots" omdat ze worden aangedreven door magnetisme.

De ferrobots kunnen worden geprogrammeerd om massaal parallelle en sequentiële fluïdische operaties uit te voeren op kleine schalen op een collaboratieve manier. Om de beweging van de robots te controleren, elektromagnetische tegels in de chip trekken de ferrobots langs gewenste paden, net als het gebruik van magneten om metalen schaakstukken van onder een schaakbord te verplaatsen.

"We werden geïnspireerd door de transformationele impact van genetwerkte mobiele robotsystemen op de productie, opslag- en distributie-industrieën, zoals die worden gebruikt om pakketten efficiënt te sorteren en te vervoeren in magazijnen van Amazon, " zei Sam Emaminejad, een assistent-professor in elektrische en computertechniek en de corresponderende senior auteur van de studie. "Dus, we wilden hetzelfde niveau van automatisering en mobiliteit implementeren in een microfluïdische omgeving. Maar onze 'fabrieksvloer' is veel kleiner, ongeveer zo groot als je handpalm, en onze goederen, de vloeistofdruppels, zijn zo klein als een paar tienden van een millimeter."

De "fabrieksvloer" is een chip ter grootte van een indexkaart, ontworpen door de onderzoekers, met interne structuren die helpen bij het manipuleren van vloeistofdruppels die door de robots worden getransporteerd, zoals aangetoond in deze video:

"Op dezelfde manier waarop mobiele en collaboratieve Amazon-robots de logistiek gebaseerde industrieën transformeerden, onze technologie kan verschillende biotech-gerelateerde industrieën transformeren, inclusief medische diagnostiek, Drug ontwikkeling, genomica, en de synthese van chemicaliën en materialen, " zei studie co-corresponderende en senior auteur Dino Di Carlo, UCLA's Armond en Elena Hairapetian Professor in Engineering and Medicine. "In deze velden werden van oudsher 'liquid-handling'-robots ter grootte van een koelkast gebruikt. Met onze veel kleinere ferrobots, we hebben het potentieel om veel meer experimenten te doen - en aanzienlijk meer gegevens te genereren - met hetzelfde uitgangsmateriaal en in dezelfde hoeveelheid tijd."

De onderzoekers lieten in een van hun experimenten zien hoe een geautomatiseerd netwerk van drie robots samen kunnen werken om druppeltjes menselijke plasmamonsters op een chip te verplaatsen en te manipuleren op zoek naar moleculaire markers die de aanwezigheid van kanker zouden aangeven.

"We hebben geprogrammeerd waar en wanneer de tegels werden in- en uitgeschakeld om ferrobots door hun aangewezen routes te leiden, " zei Wenzhuo Yu, een UCLA-student elektrotechniek en computertechniek en een co-hoofdauteur van het papier. "Hierdoor kunnen we meerdere robots in dezelfde ruimte laten werken, en in een relatief snel tempo om taken efficiënt uit te voeren."

De robots bewogen met 10 centimeter per seconde en presteerden meer dan 10, 000 cyclische bewegingen gedurende een periode van 24 uur in de experimenten. Naast vervoer, andere functies zoals uitgifte, het samenvoegen en filteren van vloeistofmonsters werd gedemonstreerd terwijl ferrobots interactie aangingen met structuren op de chip.