Les robots sont souvent équipés de bras mobiles, souvent programmés et utilisés pour effectuer diverses tâches dans les usines. Ces types de robots ont traditionnellement eu peu d’association avec des systèmes miniatures qui transportent de petites quantités de liquide à travers de fins capillaires. Ces systèmes, connus sous le nom de microfluidique ou de laboratoire sur puce, utilisent généralement des pompes externes pour déplacer le liquide à travers les puces. Cependant, ils se sont traditionnellement avérés difficiles à automatiser, et les puces doivent être conçues et fabriquées sur mesure pour chaque application spécifique.
Mais maintenant, une équipe de chercheurs dirigée par le professeur ETH Daniel Ahmed combine la robotique conventionnelle et la microfluidique. Le dispositif nouvellement développé utilise des ultrasons et peut être attaché à un bras robotique. Il peut également effectuer un large éventail de tâches dans des applications microrobotiques et microfluidiques ou utilisé pour automatiser ces applications.
La nouvelle recherche a été rapportée dans Nature Communications.
Appareil nouveau et unique
Les chercheurs ont développé un appareil unique capable de créer trois modèles de vortex dimensionnels dans le liquide grâce à l’utilisation d’aiguilles de verre oscillantes alimentées par des transducteurs piézoélectriques-dispositifs que l’on trouve également dans les haut-parleurs, l’imagerie par ultrasons et les outils de nettoyage dentaire. En ajustant la fréquence de ces oscillations, ils peuvent contrôler avec précision leurs formations de motifs.
Image : ETH Zurich
L’équipe a utilisé l’appareil pour démontrer plusieurs applications, telles que le mélange de minuscules gouttelettes de liquides très visqueux.
« Plus les liquides sont visqueux, plus il est difficile de les mélanger », explique Ahmed.”Cependant, notre méthode y parvient car elle nous permet non seulement de créer un seul vortex, mais aussi de mélanger efficacement les liquides en utilisant un motif tridimensionnel complexe composé de plusieurs vortex puissants.”
Par manipulant soigneusement les tourbillons et positionnant l’aiguille de verre oscillante près de la paroi du canal, les scientifiques ont également pu alimenter leur système de mini-canaux avec une efficacité étonnante.
En utilisant un dispositif acoustique assisté par robot, ils ont pu capturer efficacement les particules fines dans le fluide. La taille de chaque particule déterminait sa réaction aux ondes sonores, provoquant l’accumulation de plus grosses autour d’une aiguille de verre oscillante. Remarquablement, cette même technique s’est avérée capable non seulement de piéger des particules inertes, mais également des embryons de poisson entiers. Avec un développement ultérieur, la méthode pourrait également être utilisée pour capturer des cellules biologiques à partir de fluides.
“Dans le passé, la manipulation de particules microscopiques en trois dimensions était toujours difficile. Notre bras microrobotique facilite les choses », déclare Ahmed.
« Jusqu’à présent, les avancées dans les grandes applications robotiques conventionnelles et microfluidiques ont été réalisées séparément », poursuit Ahmed.”Notre travail aide à rapprocher les deux approches.
Modèles de vortex dans les liquides Image : ETH Zurich
Au fur et à mesure que nous progressons, les systèmes microfluidiques du futur pourraient rivaliser avec la technologie robotique avancée d’aujourd’hui. En programmant un seul appareil avec de multiples tâches telles que le mélange et le pompage de liquides et le piégeage des particules, Ahmed nous prévoit d’inaugurer une ère où les puces développées sur mesure ne sont plus nécessaires pour chaque application. S’appuyant sur ce concept, l’idée de connecter diverses aiguilles de verre ensemble dans des motifs de vortex complexes-poussant nos capacités au-delà de ce qui était imaginable auparavant.
Ahmed envisage un éventail d’utilisations potentielles pour les bras microrobotiques au-delà du domaine du laboratoire analyse-tout, du tri d’objets et de la manipulation de l’ADN aux techniques de fabrication additive comme l’impression 3D. Grâce à ces développements, nous pouvons révolutionner la biotechnologie telle que nous la connaissons.