明尼苏达大学双城分校的研究人员开发了一种首创的自适应3D打印系统，可以识别随机分布的生物体的位置，并安全地将它们移动到特定位置进行组装。这项自主技术将为研究人员在生物成像、控制论、低温保存和整合生物体设备方面节省时间和金钱。
这项研究发表在《先进科学》杂志上，题为《通过辅助吸力自适应策略实现的3D打印生物》。研究人员正在为这项技术申请专利。
该系统可以跟踪、收集和准确定位虫子和其他生物，无论它们是静止的、在液滴中还是在运动中。由实时视觉和空间数据引导的拾取和放置方法可以适应并确保精确放置生物。
“打印机本身可以像人一样工作，打印机充当双手，机器视觉系统充当眼睛，计算机充当大脑，”明尼苏达大学前机械工程博士后研究员、论文第一作者GuebumHan说道。“打印机可以实时适应移动或静止的生物体，并将它们组装成特定的阵列或图案。”
通常，这个过程是手动完成的，需要大量的培训，这可能会导致基于生物体的应用不一致。有了这种新型系统，研究人员的时间就减少了，并且可以获得更一致的结果。
首创的自适应3D打印系统可识别随机放置的生物体的位置，并安全地将它们移动到特定位置。图片来源：明尼苏达大学麦卡尔平研究小组。
该技术可以增加用于冷冻保存的生物数量、将活生物体与死生物体区分开来、将生物体放置在曲面上以及将生物体与可定制形状的材料和设备整合在一起。
它还可以为创造复杂的生物体结构奠定基础，例如超级生物体等级制度——蚂蚁和蜜蜂等昆虫群体中发现的有组织结构。此外，这项研究还可以通过评估和组装生物体来推动自主生物制造的发展。
例如，该系统被用于改进斑马鱼胚胎的冷冻保存方法，而此前该技术是通过手动操作完成的。借助这项新技术，研究人员能够证明，与手动操作相比，该过程可以快12倍完成。另一个例子展示了其自适应策略如何跟踪、拾取和放置随机移动的甲虫，并将它们与功能设备集成在一起。
未来，研究人员希望继续推进这项技术，并将其与机器人技术相结合，使其可以方便地用于实地研究。这可以让研究人员在通常无法进入的地区收集生物或样本。
除了韩教授之外，明尼苏达大学机械工程系团队还包括研究生助理KieranSmith和DanielWaiHouNg、助理教授JiYongLee、教授JohnBischof、教授MichaelMcAlpine以及前博士后研究员KanavKhosla和XiaOuyang。此外，这项工作还与生物系统保护先进技术工程研究中心(ERC)(ATP-Bio)合作完成。