I microrobot economici in grado di sondare e manipolare singole cellule e tessuti per la ricerca biologica e le applicazioni mediche sono più vicini alla realtà con il design di un sistema che rileva le minuscole forze esercitate dalla minuscola sonda di un robot.

Esistono già microrobot abbastanza piccoli da interagire con le cellule. Però, non è facile, modo economico per misurare le piccole forze applicate alle celle dai robot. La misurazione di queste microforze è essenziale per controllare con precisione i robot e utilizzarli per studiare le cellule.

"Ciò che serve è uno strumento utile che i biologi possono utilizzare ogni giorno e a basso costo, "ha detto Davide Cappelleri, un assistente professore di ingegneria meccanica alla Purdue University.

Ora i ricercatori hanno progettato e costruito un "end-effector con sensore di forza micro basato sulla visione, " che è attaccato ai microrobot come una minuscola proboscide. Una telecamera viene utilizzata per misurare lo spostamento della sonda mentre spinge contro le cellule, permettendo un semplice calcolo che riveli la forza applicata.

L'approccio potrebbe consentire di misurare facilmente i "micronewton" di forza applicata a livello cellulare. Tale strumento è necessario per studiare meglio le cellule e per capire come interagiscono con le microforze. Le forze possono essere utilizzate per trasformare le cellule in linee cellulari specifiche, comprese le cellule staminali per la ricerca e le applicazioni mediche. La misurazione delle microforze può essere utilizzata anche per studiare come le cellule rispondono a determinati farmaci e per diagnosticare malattie.

"Vuoi un dispositivo a basso costo, che può misurare forze a livello di micronewton e che può essere facilmente integrato in banchi di prova sperimentali standard, " ha detto Cappelletti.

I microrobot utilizzati nella ricerca sono controllati con campi magnetici per guidarli in posizione.

"Ma questo è il primo con un effettore finale veramente funzionale per misurare le microforze, " Egli ha detto.

I metodi attuali per misurare le forze applicate dai microrobot sono poco pratici e costosi, richiedono un microscopio a forza atomica o sensori ingombranti con progetti complessi che sono difficili da produrre. Il nuovo sistema registra lo spostamento della sonda con una telecamera mentre spinge contro una cellula o un tessuto. I ricercatori conoscono già la rigidità della sonda. In combinazione con lo spostamento, un semplice calcolo rivela la forza applicata.

I risultati sono stati dettagliati in un documento di ricerca presentato durante la Conferenza internazionale sui robot e i sistemi intelligenti a settembre. Il documento è stato scritto da Wuming Jing e Cappelleri, associati di ricerca post-dottorato.

Il nuovo sistema abbinato al microrobot è di circa 700 micron quadrati, e i ricercatori stanno lavorando per creare versioni di circa 500 micron quadrati. Per mettere questa scala in prospettiva, la mini-macchina è circa la metà delle dimensioni della "E" in "One Cent" su un centesimo degli Stati Uniti.

"Stiamo attualmente lavorando per ridimensionarlo, " Egli ha detto.

La ricerca futura potrebbe anche concentrarsi sull'automazione dei microrobot.