Vue d'ensemble du concept et du mécanisme du système microfluidique. Crédit :Yu et al., Sci. Robot. 5, eaba4411 (2020)
Les ingénieurs de l'UCLA ont développé de minuscules robots logistiques d'entrepôt qui pourraient aider à accélérer et à automatiser les technologies de diagnostic médical et d'autres applications qui déplacent et manipulent de minuscules gouttes de fluide. L'étude a été publiée dans Robotique scientifique .
Les robots sont des aimants en forme de disque d'environ 2 millimètres de diamètre, conçu pour fonctionner ensemble pour déplacer et manipuler des gouttelettes de sang ou d'autres fluides, avec précision. Par exemple, les robots peuvent diviser une grosse goutte de fluide en gouttes plus petites de volume égal pour des tests cohérents. Ils peuvent également déplacer des gouttelettes dans des plateaux de test préchargés pour vérifier les signes de maladie. L'équipe de recherche appelle ces robots "ferrobots" car ils sont alimentés par le magnétisme.
Les ferrobots peuvent être programmés pour effectuer des opérations fluidiques massivement parallélisées et séquentielles à de petites échelles de manière collaborative. Pour contrôler le mouvement des robots, les tuiles électromagnétiques dans la puce tirent les ferrobots le long des chemins souhaités, un peu comme utiliser des aimants pour déplacer des pièces d'échecs en métal sous un échiquier.
« Nous avons été inspirés par l'impact transformationnel des systèmes de robots mobiles en réseau sur la fabrication, les industries de stockage et de distribution, tels que ceux utilisés pour trier et transporter efficacement les colis dans les entrepôts d'Amazon, " a déclaré Sam Emaminejad, un professeur adjoint de génie électrique et informatique et l'auteur principal correspondant de l'étude. "Donc, nous avons décidé de mettre en œuvre le même niveau d'automatisation et de mobilité dans un environnement microfluidique. Mais notre « étage d'usine » est beaucoup plus petit, environ la taille de votre paume, et nos marchandises, les gouttelettes de liquide, sont aussi petits que quelques dixièmes de millimètre."
Le "sol d'usine" est une puce de la taille d'une fiche, conçu par les chercheurs, avec des structures internes qui aident à manipuler les gouttelettes de fluide transportées par les robots, comme le montre cette vidéo :
« De la même manière que les robots Amazon mobiles et collaboratifs ont transformé les industries basées sur la logistique, notre technologie pourrait transformer diverses industries liées à la biotechnologie, y compris les diagnostics médicaux, développement de médicaments, génomique, et la synthèse de produits chimiques et de matériaux, " a déclaré le co-correspondant de l'étude et auteur principal Dino Di Carlo, Armond et Elena Hairapetian de l'UCLA, professeur d'ingénierie et de médecine. "Ces champs ont traditionnellement utilisé des robots" de manipulation de liquides "de la taille d'un réfrigérateur. En utilisant nos ferrobots beaucoup plus petits, nous avons le potentiel de faire beaucoup plus d'expériences et de générer beaucoup plus de données avec les mêmes matériaux de départ et dans le même laps de temps."
Les chercheurs ont montré dans l'une de leurs expériences comment un réseau automatisé de trois robots pouvait fonctionner de concert pour déplacer et manipuler des gouttelettes d'échantillons de plasma humain sur une puce à la recherche de marqueurs moléculaires qui indiqueraient la présence d'un cancer.
Transport collectif de gouttelettes nanolitres par une plus grosse goutte. L'imagerie séquentielle indique la collecte et le transport des nano-gouttelettes générées par une gouttelette millimétrique à travers un minuscule pore. Crédit :Yu et al., Sci. Robot. 5, eaba4411 (2020)
"Nous avons programmé quand et où les tuiles ont été allumées et éteintes pour guider les ferrobots à travers leurs itinéraires désignés, " dit Wenzhuo Yu, un étudiant diplômé en génie électrique et informatique de l'UCLA et co-auteur principal de l'article. "Cela nous permet d'avoir plusieurs robots travaillant dans le même espace, et à un rythme relativement rapide pour accomplir les tâches efficacement.
Les robots se déplaçaient à 10 centimètres par seconde et effectuaient plus de 10, 000 mouvements cycliques pendant une période de 24 heures dans les expériences. En plus du transport, d'autres fonctions telles que la distribution, la fusion et le filtrage d'échantillons de fluides ont été démontrés lorsque des ferrobots interagissaient avec des structures sur la puce.
