Todos estamos familiarizados con los robots equipados con brazos móviles. Se colocan en las naves de la fábrica, realizan trabajos mecánicos y se pueden programar. Un solo robot se puede utilizar para llevar a cabo una variedad de tareas.

Hasta el día de hoy, los sistemas en miniatura que transportan cantidades minúsculas de líquido a través de finos capilares han tenido poca asociación con este tipo de robots. Desarrollados por investigadores como ayuda para el análisis de laboratorio, estos sistemas se conocen como microfluidos o lab-on-a-chip y generalmente utilizan bombas externas para mover el líquido a través de los chips. Hasta la fecha, estos sistemas han sido difíciles de automatizar y los chips han tenido que diseñarse y fabricarse a la medida para cada aplicación específica.

Oscilaciones de la aguja de ultrasonido

Los científicos dirigidos por el profesor de ETH Daniel Ahmed ahora están combinando la robótica convencional y la microfluídica. Han desarrollado un dispositivo que utiliza ultrasonido y se puede acoplar a un brazo robótico. Es adecuado para realizar una amplia gama de tareas en aplicaciones microrobóticas y microfluídicas y también se puede utilizar para automatizar dichas aplicaciones. Los científicos han informado sobre este desarrollo en Nature Communications.

El dispositivo comprende una aguja de vidrio fina y puntiaguda y un transductor piezoeléctrico que hace que la aguja oscile. Se utilizan transductores similares en altavoces, imágenes de ultrasonido y equipos profesionales de limpieza dental. Los investigadores de ETH pueden variar la frecuencia de oscilación de su aguja de vidrio. Al sumergir la aguja en un líquido, crean un patrón tridimensional compuesto por múltiples vórtices. Dado que este patrón depende de la frecuencia de oscilación, se puede controlar en consecuencia.

Los investigadores pudieron usar esto para demostrar varias aplicaciones. Primero, pudieron mezclar pequeñas gotas de líquidos altamente viscosos. « Cuanto más viscosos son los líquidos, más difícil es mezclarlos », explica el profesor Ahmed. « Sin embargo, nuestro método logra hacer esto porque nos permite no solo crear un solo vórtice, sino también mezclar de manera eficiente los líquidos usando un patrón tridimensional complejo compuesto por múltiples vórtices fuertes ».

En segundo lugar, los científicos pudieron bombear fluidos a través de un sistema de minicanales creando un patrón específico de vórtices y colocando la aguja de vidrio oscilante cerca de la pared del canal.

En tercer lugar, lograron usar su dispositivo acústico asistido por robot para atrapar partículas finas presentes en el fluido. Esto funciona porque el tamaño de una partícula determina su reacción a las ondas sonoras. Las partículas relativamente grandes se mueven hacia la aguja de vidrio oscilante, donde se acumulan. Los investigadores demostraron cómo este método puede capturar no solo partículas inanimadas sino también embriones de peces. Creen que también debería ser capaz de capturar células biológicas en el fluido. « En el pasado, manipular partículas microscópicas en tres dimensiones siempre fue un desafío. Nuestro brazo microrobótico lo hace fácil », dice Ahmed.

« Hasta ahora, los avances en robótica convencional grande y aplicaciones microfluídicas se han hecho por separado », dice Ahmed. « Nuestro trabajo ayuda a unir los dos enfoques ». Como resultado, los futuros sistemas de microfluidos podrían diseñarse de manera similar a los sistemas robóticos actuales. Un solo dispositivo adecuadamente programado sería capaz de manejar una variedad de tareas. « Mezclar y bombear líquidos y atrapar partículas: podemos hacerlo todo con un solo dispositivo », dice Ahmed. Esto significa que los chips microfluídicos del mañana ya no tendrán que desarrollarse a medida para cada aplicación específica. A continuación, a los investigadores les gustaría combinar varias agujas de vidrio para crear patrones de vórtice aún más complejos en líquidos.

Además del análisis de laboratorio, Ahmed puede contemplar otras aplicaciones para los brazos microrobóticos, como la clasificación de objetos diminutos. Es posible que los brazos también se puedan usar en biotecnología como una forma de introducir ADN en células individuales. En última instancia, debería ser posible emplearlos en la fabricación aditiva y la impresión 3D.