Billiga mikroroboter som kan sondera och manipulera enskilda celler och vävnader för biologisk forskning och medicinska tillämpningar är närmare verkligheten med utformningen av ett system som känner av de minutkrafter som utövas av en robots lilla sond.

Mikrorobotar som är tillräckligt små för att interagera med celler finns redan. Dock, det finns inget lätt, billigt sätt att mäta de små krafter som appliceras på cellerna från robotarna. Att mäta dessa mikrokrafter är avgörande för att exakt styra robotarna och använda dem för att studera celler.

"Det som behövs är ett användbart verktyg som biologer kan använda varje dag och till låg kostnad, "sa David Cappelleri, en biträdande professor i maskinteknik vid Purdue University.

Nu har forskare designat och byggt en "visionbaserad mikroeffektgivare sluteffekt, "som är fäst på mikrorobotarna som en liten snabel. En kamera används för att mäta sondens förskjutning medan den trycker mot celler, möjliggör en enkel beräkning som avslöjar kraften som appliceras.

Tillvägagångssättet skulle göra det möjligt att enkelt mäta "mikronwton" av kraft som appliceras på mobilnivå. Ett sådant verktyg behövs för att bättre studera celler och förstå hur de interagerar med mikrokrafter. Krafterna kan användas för att omvandla celler till specifika cellinjer, inklusive stamceller för forskning och medicinska tillämpningar. Mätningen av mikrokrafter kan också användas för att studera hur celler reagerar på vissa mediciner och för att diagnostisera sjukdom.

"Du vill ha en enhet som är billig, som kan mäta krafter på mikronwton-nivå och som enkelt kan integreras i standard experimentella testbäddar, "Sa Cappelleri.

Mikrorobotar som används i forskning styrs med magnetfält för att styra dem på plats.

"Men det här är den första med en verkligt funktionell sluteffektor för att mäta mikrokrafter, " han sa.

Nuvarande metoder för att mäta krafterna som appliceras av mikroroboter är opraktiska och dyra, kräver ett atomkraftmikroskop eller besvärliga sensorer med komplexa konstruktioner som är svåra att tillverka. Det nya systemet registrerar sondens förskjutning med en kamera när den trycker mot en cell eller vävnad. Forskare känner redan till sondens stelhet. I kombination med förskjutning, en enkel beräkning visar vilken kraft som tillämpas.

Resultaten detaljerades i en forskningsartikel som presenterades under den internationella konferensen om intelligenta robotar och system i september. Tidningen är författad av postdoktoral forskningsassistent Wuming Jing och Cappelleri.

Det nya systemet kombinerat med mikroroboten är cirka 700 mikron kvadrat, och forskarna arbetar med att skapa versioner på cirka 500 mikron kvadrat. För att sätta denna skala i perspektiv, mini-maskinen är ungefär hälften av storleken på "E" i "One Cent" på en amerikansk slant.

"Vi arbetar för närvarande med att minska det, " han sa.

Framtida forskning kan också fokusera på att automatisera mikrorobotarna.