Giảng viên đại học Michelle Oyen chịu trách nhiệm dẫn dắt đội ngũ nghiên cứu tìm kiếm cách thức chế tạo ra xương trong phòng thí nghiệm với mục đích sử dụng trong cấy ghép y tế. >>> Găng tay rô bô Quá trình làm xương được tiến hành với việc nhúng chiếc vít vào dung dịch canxi và protein, rửa với nướ...
Giảng viên đại học Michelle Oyen chịu trách nhiệm dẫn dắt đội ngũ nghiên cứu tìm kiếm cách thức chế tạo ra xương trong phòng thí nghiệm với mục đích sử dụng trong cấy ghép y tế.
>>> Găng tay rô bô
Quá trình làm xương được tiến hành với việc nhúng chiếc vít vào dung dịch canxi và protein, rửa với nước, sau đó lại nhúng vào dung dịch photphat và protein, cứ lặp đi lặp lại nhiều lần theo chu kì. Nếu thực hiện theo cách thông thường, một nghiên cứu sinh sẽ thực hiện công việc tẻ nhạt trên trong nhiều giờ đồng hồ cho đến khi tạo thành được sản phẩm cuối cùng.
Nghiên cứu sinh Daniel Strange đã khắc phục vấn đề trên bằng việc chế tạo ra 2 chú robot nhúng LEGO Mindstorms từ những miếng ghép. Tât nhiên, Mindstorms không đơn thuần là LEGO mà chúng ta thường chơi hồi nhỏ, theo Strange – anh đã sử dụng ngôn ngữ lập trình NXT-G kết hợp với phụ kiện đi kèm để chế tạo ra nó. Sản phẩm là sự kết hợp của các cảm biến, động cơ servo, sử dụng kết nối Bluetooth. Hai robot sẽ thay thế công việc của nghiên cứu sinh và có thể tiến hành tạo xương trong nhiều giờ không nghỉ, đảm bảo chất lượng cũng như hiệu suất công việc.
Trong phòng thí nghiệm, việc tạo xương nhân tạo phục vụ cấy ghép y tế đòi hỏi sự kiên nhẫn, chính xác cùng khả năng lặp lại quy trình trong thời gian dài. Giảng viên đại học Michelle Oyen dẫn dắt đội ngũ nghiên cứu theo đuổi mục tiêu chế tạo xương trong môi trường phòng thí nghiệm, hướng tới những ứng dụng y khoa thiết thực. Công việc tưởng như chỉ gồm vài thao tác đơn giản lại nhanh chóng trở thành thử thách lớn, bởi mỗi bước đều phải được thực hiện đều đặn và chính xác.
Quy trình bắt đầu bằng việc nhúng một chiếc vít vào dung dịch chứa canxi và protein, sau đó rửa sạch bằng nước trước khi chuyển sang dung dịch photphat và protein. Chiếc vít tiếp tục trải qua các bước nhúng, rửa, rồi nhúng lại theo chu kỳ nhiều lần, để những lớp vật liệu cần thiết dần hình thành trên bề mặt. Số lần lặp lại phụ thuộc vào quá trình nghiên cứu, khiến người thực hiện phải duy trì sự tập trung trong nhiều giờ liên tục mà gần như không được phép sơ suất.
Nếu làm theo phương pháp thủ công, một nghiên cứu sinh phải đứng bên quy trình trong thời gian dài, lặp lại những thao tác giống nhau cho tới khi sản phẩm đạt yêu cầu. Công việc đơn điệu này không chỉ tiêu tốn nhiều giờ lao động mà còn có thể ảnh hưởng đến tính ổn định, nếu sự mệt mỏi khiến tốc độ hoặc cách xử lý thay đổi. Bài toán đặt ra là tìm một phương án tự động hóa đủ đơn giản, linh hoạt, đồng thời vẫn đáp ứng những yêu cầu của nghiên cứu vật liệu sinh học.
Nghiên cứu sinh Daniel Strange đã giải quyết vấn đề bằng cách chế tạo hai robot nhúng từ các miếng ghép LEGO Mindstorms, thay cho việc sử dụng thiết bị phòng thí nghiệm chuyên dụng đắt tiền. Ý tưởng tận dụng LEGO cho thấy những bộ ghép hình quen thuộc vẫn có thể trở thành nền tảng thử nghiệm hữu ích, nếu được kết hợp với thiết kế cơ khí và lập trình phù hợp. Hai robot đảm nhận chuỗi thao tác lặp đi lặp lại, giúp con người rời khỏi công việc thủ công kéo dài nhưng vẫn duy trì quy trình cần thiết.
Tuy nhiên, LEGO Mindstorms không chỉ là những khối đồ chơi thường gắn với tuổi thơ, bởi hệ thống này cung cấp linh kiện, cảm biến, động cơ cùng khả năng lập trình cho nhiều mô hình tự động hóa. Daniel Strange sử dụng ngôn ngữ lập trình NXT-G kết hợp với các phụ kiện đi kèm, từ đó xây dựng hai thiết bị có thể thực hiện chuyển động theo trình tự xác định. Cách tiếp cận này biến những mảnh ghép lắp ráp thành công cụ hỗ trợ nghiên cứu, thay vì dừng lại ở mục đích giải trí.
Bên trong hệ thống có sự phối hợp của các cảm biến và động cơ servo, giúp robot nhận biết, điều khiển chuyển động, đồng thời thực hiện các thao tác nhúng theo chương trình đã thiết lập. Kết nối Bluetooth hỗ trợ việc trao đổi dữ liệu hoặc điều khiển giữa các bộ phận, tạo nên một hệ thống gọn gàng hơn cho môi trường thử nghiệm. Nhờ sự kết hợp giữa phần cứng lắp ghép và phần mềm, robot có thể lặp lại quy trình với nhịp độ ổn định trong thời gian dài.
Hai robot được thiết kế để thay thế nghiên cứu sinh trong phần việc nhúng và rửa vật liệu, đặc biệt ở những giai đoạn yêu cầu thao tác liên tục mà không cần quyết định phức tạp. Chúng có thể tiến hành quá trình tạo xương trong nhiều giờ không nghỉ, giảm đáng kể thời gian con người phải trực tiếp đứng bên thiết bị. Quan trọng hơn, hệ thống còn hướng tới việc duy trì chất lượng và hiệu suất công việc ổn định qua các chu kỳ thực hiện.
Sáng kiến của Daniel Strange cho thấy robot giá thành hợp lý vẫn có thể hỗ trợ những nhiệm vụ chuyên môn trong phòng thí nghiệm, nếu mục tiêu được xác định rõ và thiết kế đáp ứng đúng yêu cầu. Từ những miếng ghép LEGO Mindstorms, nhóm nghiên cứu tạo ra công cụ tự động hóa cho quy trình chế tạo xương, giúp công việc bớt tẻ nhạt và hiệu quả hơn. Dù không thay thế toàn bộ vai trò của nhà khoa học, hai robot đã đảm nhận phần việc lặp lại, để con người tập trung nhiều hơn vào nghiên cứu và phát triển ứng dụng cấy ghép y tế.
