我們大多數人都熟悉擁有可移動手臂的機器人。這些機器通常出現在工廠環境中，能夠執行各種機械任務。它們可以被編程來執行一系列的功能，一個機器人可以執行多種任務。到目前為止，配備可移動手臂的機器人與微流控系統的聯繫有限，這些系統通過精緻的毛細血管輸送極少量的液體。

這種被稱為微流控技術或芯片上的實驗室是由研究人員創建的，用於協助實驗室分析，通常依靠外部泵來使液體在芯片中循環。然而，這種系統的自動化一直是個挑戰，而且芯片必須為每個單獨的應用定制設計和製造。

利用一根玻璃針在超聲波的幫助下進行振盪，液體可以被操縱，顆粒可以被捕獲。資料來源：蘇黎世聯邦理工學院

由蘇黎世聯邦理工學院教授Daniel Ahmed領導的科學家們現在正將傳統的機器人技術和微流體技術結合起來。他們已經開發出一種使用超聲波的設備，並可以連接到一個機器人手臂上。它適用於執行微觀機器人和微流體應用中的廣泛任務，也可用於實現此類應用的自動化。科學家們在《自然通訊》上報告了這一發展。

該設備包括一個薄而尖的玻璃針和一個壓電傳感器，該傳感器使針擺動。類似的傳感器被用於揚聲器、超聲波成像和專業牙齒清潔設備。ETH的研究人員可以改變其玻璃針的振盪頻率。通過將針頭浸入液體，他們創造了一個由多個渦流組成的三維圖案。由於這種圖案取決於振盪頻率，因此可以相應地控制它。

研究人員能夠利用這一點來展示幾種應用。首先，他們能夠混合高粘性液體的微小液滴。艾哈邁德教授解釋說：”液體越是粘稠，混合起來就越困難。然而，我們的方法成功地做到了這一點，因為它使我們不僅能夠創造一個單一的漩渦，而且還能利用由多個強漩渦組成的複雜的三維模式有效地混合液體。”

第二，科學家們能夠通過創建特定的渦流模式並將擺動的玻璃針靠近通道壁來泵送液體通過一個迷你通道系統。

第三，他們成功地使用他們的機器人輔助聲學裝置來捕獲流體中存在的細小顆粒。這是因為顆粒的大小決定了它對聲波的反應。相對較大的顆粒會向擺動的玻璃針移動，在那裡它們會聚集起來。研究人員展示了這種方法不僅可以捕獲無生命的顆粒，還可以捕獲魚的胚胎，他們相信它也應該能夠捕捉到液體中的生物細胞。

“在過去，在三維空間中操縱微觀粒子總是具有挑戰性。我們的微型機器人手臂讓它變得簡單，”Ahmed說。”直到現在，大型傳統機器人技術和微流體應用的進展都是單獨進行的，”Ahmed說。”我們的工作有助於將這兩種方法結合起來”。因此，未來的微流控系統可以設計得與今天的機器人系統類似。一個適當編程的單一設備將能夠處理各種任務。

“混合和泵送液體以及捕集顆粒–我們可以用一個設備完成所有這些工作。這意味著明天的微流控芯片將不再需要為每個特定的應用定制開發。研究人員下一步希望將幾個玻璃針頭結合起來，在液體中創造更複雜的渦流模式。”

除了實驗室分析，艾哈邁德還可以設想微型機器人手臂的其他應用，如對微小物體進行分類。可以想像，這些手臂也可以用於生物技術，作為將DNA引入單個細胞的一種方式。最終應該有可能將它們用於增材製造和3D打印。