Goedkope microrobots die in staat zijn om individuele cellen en weefsel te onderzoeken en te manipuleren voor biologisch onderzoek en medische toepassingen, staan ​​dichter bij de realiteit met het ontwerp van een systeem dat de minieme krachten detecteert die worden uitgeoefend door de kleine sonde van een robot.

Er bestaan ​​al microrobots die klein genoeg zijn om met cellen te communiceren. Echter, er is geen gemakkelijke, goedkope manier om de kleine krachten te meten die door de robots op cellen worden uitgeoefend. Het meten van deze microkrachten is essentieel om de bots precies aan te sturen en te gebruiken om cellen te bestuderen.

"Wat nodig is, is een nuttig hulpmiddel dat biologen elke dag en tegen lage kosten kunnen gebruiken, " zei David Cappelleri, een assistent-professor werktuigbouwkunde aan de Purdue University.

Nu hebben onderzoekers een "op zicht gebaseerde micro-krachtsensor-eindeffector ontworpen en gebouwd, " die als een kleine slurf aan de microrobots is bevestigd. Een camera wordt gebruikt om de verplaatsing van de sonde te meten terwijl deze tegen cellen duwt, waardoor een eenvoudige berekening mogelijk is die de uitgeoefende kracht onthult.

De benadering zou het mogelijk kunnen maken om gemakkelijk de "micronewtons" van kracht te meten die op cellulair niveau worden uitgeoefend. Zo'n tool is nodig om cellen beter te bestuderen en te begrijpen hoe ze interageren met microkrachten. De krachten kunnen worden gebruikt om cellen om te zetten in specifieke cellijnen, inclusief stamcellen voor onderzoek en medische toepassingen. Het meten van microkrachten kan ook worden gebruikt om te bestuderen hoe cellen reageren op bepaalde medicijnen en om ziekten te diagnosticeren.

"U wilt een apparaat dat goedkoop is, die krachten op micronewton-niveau kan meten en die gemakkelijk kan worden geïntegreerd in standaard experimentele testbedden, ' zei Cappelleri.

Microrobots die in onderzoek worden gebruikt, worden bestuurd met magnetische velden om ze in positie te brengen.

"Maar dit is de eerste met een echt functionele eindeffector om microkrachten te meten, " hij zei.

De huidige methoden voor het meten van de krachten die door microrobots worden uitgeoefend, zijn onpraktisch en duur, waarvoor een atoomkrachtmicroscoop nodig is of omslachtige sensoren met complexe ontwerpen die moeilijk te vervaardigen zijn. Het nieuwe systeem registreert de verplaatsing van de sonde met een camera terwijl deze tegen een cel of weefsel duwt. Onderzoekers kennen de stijfheid van de sonde al. In combinatie met verplaatsing, een eenvoudige berekening onthult de uitgeoefende kracht.

De bevindingen werden gedetailleerd beschreven in een onderzoekspaper die werd gepresenteerd tijdens de International Conference on Intelligent Robots and Systems in september. Het artikel is geschreven door postdoctoraal onderzoeksmedewerker Wuming Jing en Cappelleri.

Het nieuwe systeem in combinatie met de microrobot is ongeveer 700 micron in het vierkant, en de onderzoekers werken aan versies van ongeveer 500 micron in het vierkant. Om deze schaal in perspectief te plaatsen, de mini-machine is ongeveer de helft van de grootte van de "E" in "One Cent" op een Amerikaanse cent.

"We zijn momenteel bezig om het af te schalen, " hij zei.

Toekomstig onderzoek kan zich ook richten op het automatiseren van de microrobots.