美國化學學會ACS利用機器人手臂和質譜分析法來分析不規則3D物體

美國化學學會ACS利用機器人手臂和質譜分析法來分析不規則3D物體

3D掃描技術的發展已經對於眾多領域產生影響，從質量管控和產品檢驗到法醫取證和藥物研發等等。而最近，美國化學學會（American Chemical Society, ACS）的研發人員在3D掃描方面的研發有了新的突破。他們利用3D掃描來提升和改善現有的質譜分析技術中的一些局限性，旨在提高質譜分析技術的能力。

研發團隊找到了一種更有效的方式來探測不規則3D物體的表面和質地：將3D掃描技術和力感知機器人手臂相結合到一個化學探頭中。

質譜分析技術是一種確認和分析有不同的化學元素組成的特定樣品物體的技術。它被廣泛用於實驗室里的化學研究，例如藥物篩選、犯罪現場分析等等。但這個技術有一個限制就是它很難針對不規則的或者大體積的目標物體進行運用，操作者需要放棄自動化系統而採用眾多手動操作來讓探測裝置跟隨物體表面的曲線或者褶皺。而往往在實際應用中所針對的目標物體都不是規則的形狀，表面也往往不平整和順滑。

由Facundo M. Fernandeza領導的一個研發團隊之前曾做過一個概念研究論證，嘗試用一個3D紅外攝像頭來控制一個機器人手臂。這就讓這個機器人手臂可以抓取樣品從而進行等離子體電離質譜分析，但只是某一些類型的分子可以通過這種方式來解析。他們最新的研究拓展了研究的範疇，讓針對不規則物體的表面直接取樣具有更多的可能。

這種方式被稱之為機械錶面分析法，它利用一個3D掃描裝置與機器人手臂和化學裝置結合，來優化質譜分析的進程。一個定製化設計製作的3D激光掃描裝置被裝到了力感知機器人手臂上面。這個手臂可以進行360度旋轉，擁有6個關節介面以用於活動，讓這個機器人手臂可以靈活地在物體表面根據其特徵快速準確的移動。機械手臂上的3D掃描裝置逐步的為樣品物體表面建立起數字圖像，並通過數字圖像來為一個有彈簧裝置的化學採樣探頭作為移動的「地圖」。

這個採樣探頭會短暫迅速的與物體表面接觸，並抓取需要的微量物質，以用於針對物體進行樣本分析。一旦樣本被抓取，探頭就會將轉向採樣介面，並連接到一個電噴射離子化質譜分析儀中。這個儀器可以針對大範圍的樣品進行分析，並得出其化學結構。

通過這種方式，研究人員就可以利用3D掃描技術來對大量的不規則物體或者表面不平整的物體進行質譜分析。這種方式最初在一個塑料咖啡杯上進行了測試並在其表面檢測出了咖啡因，以及檢測出了一個橄欖球上面的農藥殘渣的位置。

各種實驗表明，這種史無前例的方式將來可以在眾多特殊的領域進行應用，並對化學分析領域的發展產生深遠影響。

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