소형 로봇용 정밀 암
날짜:
2023년 1월 13일
원천:
ETH 취리히
요약:
지금까지 미세한 로봇 시스템은 팔 없이 살아야 했습니다. 이제 연구원들은 로봇 팔에 부착할 수 있는 초음파 작동 유리 바늘을 개발했습니다. 이를 통해 극소량의 액체와 트랩 입자를 펌핑하고 혼합할 수 있습니다.
우리는 모두 움직이는 팔이 장착된 로봇에 익숙합니다. 그들은 공장 홀에 서서 기계 작업을 수행하고 프로그래밍할 수 있습니다. 하나의 로봇을 사용하여 다양한 작업을 수행할 수 있습니다.
오늘날까지 미세한 모세관을 통해 극소량의 액체를 운반하는 소형 시스템은 그러한 로봇과 관련이 거의 없었습니다. 실험실 분석을 돕기 위해 연구자들에 의해 개발된 이러한 시스템은 미세유체 또는 랩온어칩으로 알려져 있으며 일반적으로 칩을 통해 액체를 이동시키기 위해 외부 펌프를 사용합니다. 지금까지 이러한 시스템은 자동화하기 어려웠으며 칩은 각각의 특정 애플리케이션에 맞게 맞춤 설계 및 제조되어야 했습니다.
초음파 바늘 진동
ETH 교수 Daniel Ahmed가 이끄는 과학자들은 이제 기존의 로봇 공학과 미세 유체 공학을 결합하고 있습니다. 그들은 초음파를 사용하고 로봇 팔에 부착할 수 있는 장치를 개발했습니다. 마이크로 로봇 및 미세 유체 응용 분야에서 광범위한 작업을 수행하는 데 적합하며 이러한 응용 분야를 자동화하는 데에도 사용할 수 있습니다. 과학자들은 이러한 발전에 대해 Nature Communications에 보고했습니다.
이 장치는 얇고 뾰족한 유리 바늘과 바늘을 진동시키는 압전 변환기로 구성됩니다. 유사한 변환기가 라우드스피커, 초음파 이미징 및 전문 치과 세척 장비에 사용됩니다. ETH 연구원들은 유리 바늘의 진동 주파수를 변경할 수 있습니다. 바늘을 액체에 담그면 여러 소용돌이로 구성된 3차원 패턴이 생성됩니다. 이 패턴은 발진 주파수에 따라 달라지므로 그에 따라 제어할 수 있습니다.
연구원들은 이것을 사용하여 여러 응용 프로그램을 시연할 수 있었습니다. 첫째, 그들은 매우 점성이 높은 액체의 작은 방울을 혼합할 수 있었습니다. "점성이 높은 액체일수록 혼합하기가 더 어렵습니다."라고 Ahmed 교수는 설명합니다. "그러나 우리의 방법은 단일 소용돌이를 생성할 수 있을 뿐만 아니라 여러 개의 강한 소용돌이로 구성된 복잡한 3차원 패턴을 사용하여 액체를 효율적으로 혼합할 수 있기 때문에 이를 수행하는 데 성공했습니다."
둘째, 과학자들은 특정한 와류 패턴을 생성하고 진동하는 유리 바늘을 채널 벽 가까이에 배치함으로써 미니 채널 시스템을 통해 유체를 펌핑할 수 있었습니다.
셋째, 로봇을 이용한 음향 장치를 사용하여 유체에 존재하는 미세 입자를 포착하는 데 성공했습니다. 이것은 입자의 크기가 음파에 대한 반응을 결정하기 때문에 작동합니다. 상대적으로 큰 입자는 진동하는 유리 바늘 쪽으로 이동하여 축적됩니다. 연구원들은 이 방법이 어떻게 무생물 입자뿐만 아니라 물고기 배아도 포획할 수 있는지 시연했습니다. 그들은 또한 유체에서 생물학적 세포를 포획할 수 있어야 한다고 믿습니다. "과거에는 3차원에서 미세한 입자를 조작하는 것이 항상 어려웠습니다. 우리의 마이크로 로봇 팔은 그것을 쉽게 만듭니다."라고 Ahmed는 말합니다.
"지금까지 대규모의 기존 로봇 공학 및 미세 유체 응용 분야의 발전은 개별적으로 이루어졌습니다."라고 Ahmed는 말합니다. "우리의 작업은 두 가지 접근 방식을 함께 가져오는 데 도움이 됩니다." 결과적으로 미래의 미세 유체 시스템은 오늘날의 로봇 시스템과 유사하게 설계될 수 있습니다. 적절하게 프로그래밍된 단일 장치는 다양한 작업을 처리할 수 있습니다. Ahmed는 "액체를 혼합하고 펌핑하고 입자를 포획합니다. 하나의 장치로 모든 작업을 수행할 수 있습니다."라고 말합니다. 이는 미래의 미세유체 칩이 더 이상 각각의 특정 응용 분야에 대해 맞춤 개발될 필요가 없음을 의미합니다. 연구원들은 다음으로 여러 개의 유리 바늘을 결합하여 액체에서 훨씬 더 복잡한 소용돌이 패턴을 만들고자 합니다.
실험실 분석 외에도 Ahmed는 작은 물체를 분류하는 것과 같은 마이크로 로봇 팔에 대한 다른 응용 프로그램을 구상할 수 있습니다. 팔은 DNA를 개별 세포에 도입하는 방법으로 생명 공학에서 사용될 수도 있습니다. 궁극적으로 적층 제조 및 3D 인쇄에 사용할 수 있어야 합니다.
출처 : https://www.sciencedaily.com/