Los ferrobots, desarrollados por ingenieros de UCLA, son pequeños robots de almacén construidos para la logística microfluídica automatizada. Estos sistemas ferrobóticos son imanes en forma de disco de unos 2 mm de diámetro, diseñados para trabajar juntos para mover y manipular con precisión pequeñas gotas de sangre u otros fluidos.
Llamados «ferrobots» porque funcionan con magnetismo, también pueden automatizar el diagnóstico médico. Por ejemplo, para pruebas consistentes, los robots pueden dividir una gota grande de fluido en gotas más pequeñas, que tienen el mismo volumen. Además, pueden mover gotas a bandejas de prueba precargadas para detectar signos de enfermedad.
Los ferrobots se pueden programar en colaboración para realizar operaciones fluídicas masivamente paralelas y secuenciales en escalas de longitud pequeña. Pueden realizar varias tareas automatizadas dentro de una arquitectura microfluídica, incluida la recolección de muestras, la dispensación (para garantizar un volumen de muestra uniforme), la entrega y la fusión (con la ayuda de un par de electrodos de electrocoalescencia) y la mezcla para la detección. Los mosaicos electromagnéticos en el chip tiran de los ferrobots a lo largo de las pistas deseadas para controlar el movimiento de los robots, de manera muy similar a usar imanes para mover piezas de ajedrez de metal debajo de un tablero de ajedrez.
“Nos inspiró el impacto transformador de los sistemas de robots móviles en red en las industrias de fabricación, almacenamiento y distribución, como las que se utilizan para clasificar y transportar paquetes en los almacenes de Amazon de manera eficiente. Por lo tanto, nos propusimos implementar el mismo nivel de automatización y movilidad en un entorno de microfluidos. Pero el ‘piso de nuestra fábrica’ es mucho más pequeño, aproximadamente del tamaño de la palma de la mano, y nuestros productos, las gotas de líquido, son tan pequeñas como unas pocas décimas de milímetro”, dijo Sam Emaminejad, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática y el autor principal correspondiente del estudio.
El «piso de la fábrica», como se muestra en este video, es un chip del tamaño de una tarjeta de índice con estructuras internas que ayudan a manipular las gotas de fluido transportadas por los robots.
“De la misma manera que los robots móviles y de colaboración cruzada de Amazon transformaron las industrias basadas en la logística, nuestra tecnología podría transformar varios sectores relacionados con la biotecnología, incluidos el diagnóstico médico, el desarrollo de fármacos, la genómica y la síntesis de productos químicos y materiales. Estos campos han utilizado tradicionalmente robots de «manejo de líquidos» del tamaño de un refrigerador. Usando nuestros ferrobots, tenemos el potencial de hacer muchos más experimentos, y generar significativamente más datos, con los mismos materiales de partida y en la misma cantidad de tiempo”, dijo Dino Di Carlo, coautor principal y corresponsal del estudio, Armond and Elena Hairapetian Catedrática de Ingeniería y Medicina.
En uno de sus experimentos, los investigadores mostraron cómo una red automatizada de tres robots podría trabajar en conjunto para mover y manipular gotas de muestras de plasma humano en un chip, en busca de marcadores moleculares que indiquen la presencia de cáncer.
“Programamos cuándo y dónde se encendían y apagaban los mosaicos para guiar a los ferrobots a través de sus rutas designadas. Esto nos permite tener varios robots trabajando en el mismo espacio y a un ritmo relativamente rápido para realizar tareas de manera eficiente”, dijo Wenzhuo Yu, estudiante graduado de ingeniería eléctrica e informática de la UCLA y coautor principal del artículo.
Los robots se movían a 10 centímetros por segundo y en los experimentos realizaron más de 10.000 movimientos cíclicos durante 24 horas. Además del transporte, se demostraron otras funciones, como la dispensación, la fusión y el filtrado de muestras de fluidos, a medida que los ferrobots interactuaban con estructuras de chips. El Centro de Investigación de Nanoelectrónica de UCLA fabricó los robots y sus chips. Se ha presentado una solicitud de patente sobre la tecnología.
UCLA Samueli es una comunidad muy unida de 190 profesores de tiempo completo, más de 6000 estudiantes graduados y 40 000 ex alumnos activos. También conocido como el lugar de nacimiento de Internet, UCLA Samueli dio los primeros pasos en muchos otros campos, desde la inteligencia artificial hasta la ósmosis inversa, desde las comunicaciones móviles hasta las prótesis humanas. UCLA Samueli se clasifica constantemente entre las escuelas públicas de ingeniería de EE. UU. en el Top 10. El programa de maestría en línea de la escuela ocupa el puesto número 1 según US News & Report de todo el mundo.