UCLA-ingenjörer har utvecklat små lagerlogistikrobotar som kan hjälpa till att påskynda och automatisera medicinsk diagnostik och andra applikationer som flyttar och manipulerar små droppar vätska. Studien publicerades i Vetenskapsrobotik .

Robotarna är skivformade magneter med en diameter på cirka 2 millimeter, utformade för att arbeta tillsammans för att flytta och manipulera droppar av blod eller andra vätskor, med precision. Till exempel, robotarna kan klyva en stor droppe vätska till mindre droppar som är lika i volym för konsekvent testning. De kan också flytta droppar till förinstallerade testbrickor för att kontrollera om det finns tecken på sjukdom. Forskargruppen kallar dessa robotar för "ferrobots" eftersom de drivs av magnetism.

Ferrobotarna kan programmeras för att utföra massivt parallelliserade och sekventiella fluidiska operationer i små skalor på ett samarbetssätt. För att kontrollera robotarnas rörelse, elektromagnetiska plattor i chippet drar ferrobotarna längs önskade banor, ungefär som att använda magneter för att flytta metallschackpjäser från undersidan av ett schackbräde.

"Vi inspirerades av den transformerande effekten av nätverksbaserade mobila robotsystem på tillverkning, lagrings- och distributionsindustrier, som de som används för att effektivt sortera och transportera paket på Amazonas lager, " sa Sam Emaminejad, en biträdande professor i el- och datateknik och studiens motsvarande seniorförfattare. "Så, vi siktar på att implementera samma nivå av automatisering och mobilitet i en mikrofluidisk miljö. Men vårt "fabriksgolv" är mycket mindre, ungefär lika stor som din handflata, och våra varor, vätskedropparna, är så små som några tiondels millimeter."

"Fabriksgolvet" är ett chip i storleken av indexkort, designad av forskarna, med interna strukturer som hjälper till att hantera vätskedroppar som transporteras av robotarna, som visas i den här videon:

"På samma sätt som mobila och korssamarbetande Amazon-robotar förvandlade de logistikbaserade industrierna, vår teknik kan förändra olika bioteknikrelaterade industrier, inklusive medicinsk diagnostik, läkemedelsutveckling, genomik, och syntesen av kemikalier och material, " sa studiens medkorrespondent och seniorförfattare Dino Di Carlo, UCLA:s Armond och Elena Hairapetian professor i teknik och medicin. "De här fälten har traditionellt använt robotar för 'vätskehantering' i kylskåpsstorlek. Med våra mycket mindre ferrobotar, vi har potential att göra mycket fler experiment - och generera betydligt mer data - med samma utgångsmaterial och på samma tid. "

Forskarna visade i ett av sina experiment hur ett automatiserat nätverk av tre robotar kunde arbeta tillsammans för att flytta och manipulera droppar av mänskliga plasmaprover på ett chip i jakt på molekylära markörer som skulle indikera förekomsten av cancer.

"Vi programmerade när och var brickorna slogs på och av för att guida ferrobotar genom deras utsedda rutter, "sa Wenzhuo Yu, en doktorand i el- och datateknik vid UCLA och en medförfattare på tidningen. "Detta gör att vi kan ha flera robotar som arbetar i samma utrymme, och i relativt hög takt för att utföra uppgifter effektivt."

Robotarna rörde sig i 10 centimeter per sekund och presterade mer än 10, 000 cykliska rörelser under en 24-timmarsperiod i experimenten. Förutom transport, andra funktioner som dispensering, sammanslagning och filtrering av vätskeprover demonstrerades som ferrobots interagerade med strukturer på chipet.