Um braço de precisão para robôs em miniatura

Até hoje, sistemas em miniatura que transportam quantidades minúsculas de líquido por capilares finos tiveram pouca associação com esses robôs. Desenvolvidos por pesquisadores como auxílio para análises laboratoriais, esses sistemas são conhecidos como microfluídicos ou lab-on-a-chip e geralmente utilizam bombas externas para movimentar o líquido pelos chips. Até o momento, esses sistemas têm sido difíceis de automatizar e os chips tiveram que ser projetados e fabricados sob medida para cada aplicação específica.

Oscilações da agulha do ultrassom

Os cientistas liderados pelo professor da ETH, Daniel Ahmed, agora estão combinando robótica convencional e microfluídica. Eles desenvolveram um dispositivo que usa ultrassom e pode ser acoplado a um braço robótico. É adequado para executar uma ampla gama de tarefas em aplicações microrobóticas e microfluídicas e também pode ser usado para automatizar tais aplicações. Os cientistas relataram esse desenvolvimento em Natureza Comunicações.

O dispositivo compreende uma agulha de vidro fina e pontiaguda e um transdutor piezoelétrico que faz com que a agulha oscile. Transdutores semelhantes são usados ​​em alto-falantes, imagens de ultrassom e equipamentos de limpeza dental profissional. Os pesquisadores do ETH podem variar a frequência de oscilação de sua agulha de vidro. Ao mergulhar a agulha em um líquido, eles criam um padrão tridimensional composto por vários vórtices. Como esse padrão depende da frequência de oscilação, ele pode ser controlado de acordo.

Os pesquisadores puderam usar isso para demonstrar várias aplicações. Primeiro, eles conseguiram misturar minúsculas gotículas de líquidos altamente viscosos. “Quanto mais viscosos são os líquidos, mais difícil é misturá-los”, explica o professor Ahmed. “No entanto, nosso método consegue fazer isso porque nos permite não apenas criar um único vórtice, mas também misturar os líquidos com eficiência usando um padrão tridimensional complexo composto por vários vórtices fortes.”

Em segundo lugar, os cientistas conseguiram bombear fluidos através de um sistema de minicanais, criando um padrão específico de vórtices e colocando a agulha de vidro oscilante perto da parede do canal.

Terceiro, eles conseguiram usar seu dispositivo acústico assistido por robô para capturar partículas finas presentes no fluido. Isso funciona porque o tamanho de uma partícula determina sua reação às ondas sonoras. Partículas relativamente grandes se movem em direção à agulha de vidro oscilante, onde se acumulam. Os pesquisadores demonstraram como esse método pode capturar não apenas partículas inanimadas, mas também embriões de peixes. Eles acreditam que também deve ser capaz de capturar células biológicas no fluido. “No passado, a manipulação de partículas microscópicas em três dimensões sempre foi um desafio. Nosso braço microrobótico torna isso fácil”, diz Ahmed.

“Até agora, os avanços em grandes aplicações convencionais de robótica e microfluídica foram feitos separadamente”, diz Ahmed. “Nosso trabalho ajuda a aproximar as duas abordagens.” Como resultado, os futuros sistemas microfluídicos podem ser projetados de forma semelhante aos sistemas robóticos atuais. Um único dispositivo adequadamente programado seria capaz de lidar com uma variedade de tarefas. “Misturar e bombear líquidos e capturar partículas – podemos fazer tudo com um único dispositivo”, diz Ahmed. Isso significa que os chips microfluídicos de amanhã não precisarão mais ser desenvolvidos sob medida para cada aplicação específica. Os pesquisadores gostariam de combinar várias agulhas de vidro para criar padrões de vórtice ainda mais complexos em líquidos.

Além da análise laboratorial, Ahmed pode vislumbrar outras aplicações para os braços microrobóticos, como a classificação de objetos minúsculos. Os braços também poderiam ser usados ​​em biotecnologia como uma forma de introduzir DNA em células individuais. Em última análise, deve ser possível empregá-los na manufatura aditiva e na impressão 3D.