우리 모두는 팔이 움직이는 로봇에 익숙합니다.그들은 공장 바닥에 앉아 기계 작업을 수행하고 프로그래밍할 수 있습니다.하나의 로봇을 여러 작업에 사용할 수 있습니다.
얇은 모세관을 통해 무시할 만큼의 양의 액체를 운반하는 작은 시스템은 오늘날까지 그러한 로봇에 거의 가치가 없었습니다.실험실 분석의 보조 수단으로 연구자들이 개발한 이러한 시스템은 미세유체공학 또는 랩온어칩(Lab-on-a-Chip)으로 알려져 있으며 일반적으로 외부 펌프를 사용하여 칩 전체에 유체를 이동시킵니다.지금까지 이러한 시스템은 자동화하기 어려웠으며 각 특정 애플리케이션에 맞게 칩을 설계하고 제조해야 했습니다.
ETH 교수 Daniel Ahmed가 이끄는 과학자들은 이제 기존 로봇 공학과 미세 유체 공학을 통합하고 있습니다.그들은 초음파를 사용하고 로봇 팔에 부착할 수 있는 장치를 개발했습니다.이는 마이크로 로봇 공학 및 미세 유체 응용 분야의 광범위한 작업에 적합하며 이러한 응용 분야를 자동화하는 데에도 사용할 수 있습니다.과학자들은 Nature Communications에 진행 상황을 보고합니다.
이 장치는 얇고 뾰족한 유리 바늘과 바늘을 진동시키는 압전 변환기로 구성됩니다.확성기, 초음파 영상, 전문 치과 장비에도 유사한 변환기가 사용됩니다.ETH 연구자들은 유리 바늘의 진동 주파수를 변경할 수 있습니다.바늘을 액체에 담그면 많은 소용돌이의 3차원 패턴이 만들어집니다.이 모드는 발진 주파수에 따라 달라지므로 그에 따라 제어할 수 있습니다.
연구자들은 이를 사용하여 다양한 응용 사례를 시연할 수 있습니다.첫째, 그들은 점성이 높은 액체의 작은 방울을 혼합할 수 있었습니다.Ahmed 교수는 “액체의 점성이 높을수록 혼합하기가 더 어려워집니다.”라고 설명합니다."그러나 우리의 방법은 단일 소용돌이를 생성할 수 있을 뿐만 아니라 여러 개의 강한 소용돌이로 구성된 복잡한 3D 패턴을 사용하여 유체를 효과적으로 혼합할 수 있기 때문에 이 분야에서 탁월합니다."
둘째, 과학자들은 특정한 소용돌이 패턴을 생성하고 진동하는 유리 바늘을 채널 벽 가까이에 배치함으로써 마이크로채널 시스템을 통해 액체를 펌핑할 수 있었습니다.
셋째, 로봇 음향 장치를 사용하여 액체에 존재하는 미세 입자를 포착할 수 있었습니다.이는 입자의 크기가 음파에 반응하는 방식을 결정하기 때문에 작동합니다.상대적으로 큰 입자는 진동하는 유리 바늘을 향해 이동하여 축적됩니다.연구자들은 이 방법이 어떻게 무생물의 입자뿐만 아니라 물고기 배아도 포착할 수 있는지 보여주었습니다.그들은 또한 생물학적 세포를 액체에 가두어야 한다고 믿습니다.“과거에는 3차원에서 미세한 입자를 조작하는 것이 항상 어려운 일이었습니다.우리의 작은 로봇 팔 덕분에 이 일이 쉬워졌습니다.”라고 Ahmed는 말했습니다.
Ahmed는 "지금까지 기존 로봇공학과 미세유체공학의 대규모 응용 분야의 발전은 별도로 이루어졌습니다."라고 말했습니다."우리의 작업은 이 두 가지 접근 방식을 하나로 묶는 데 도움이 됩니다."적절하게 프로그래밍된 하나의 장치로 많은 작업을 처리할 수 있습니다.Ahmed는 “액체를 혼합하고 펌핑하고 입자를 포착하는 등 모든 작업을 하나의 장치로 수행할 수 있습니다.”라고 말했습니다.이는 미래의 미세유체 칩이 더 이상 각각의 특정 응용 분야에 맞게 맞춤 설계될 필요가 없다는 것을 의미합니다.그런 다음 연구원들은 여러 개의 유리 바늘을 결합하여 액체에 더 복잡한 소용돌이 패턴을 만들기를 희망합니다.
실험실 분석 외에도 Ahmed는 작은 물체를 분류하는 등 미세 조작기의 다른 용도를 상상할 수 있습니다.아마도 손은 DNA를 개별 세포에 도입하는 방법으로 생명공학에서 사용될 수도 있습니다.결국 적층 제조 및 3D 프린팅에 사용될 수 있습니다.
ETH 취리히에서 제공한 자료.원작은 파비오 베르가민(Fabio Bergamin)이 썼습니다.메모.내용의 스타일과 길이를 편집할 수 있습니다.
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