Сотрудник ETH Pioneer Марсель Шук разрабатывает роботизированный захват, который может манипулировать небольшими и хрупкими объектами, не касаясь их. Технология основана на звуковых волнах.
Небольшая инсталляция, которую Марсель Шук собрал на своем рабочем месте, напоминает школьный урок физики: устройство, состоящее из двух полусфер и напоминающее пару наушников, подключено к плате с микрочипами. Он использует сборку, чтобы продемонстрировать физический эффект. Небольшая сфера колеблется между двумя полусферами, удерживаемыми ультразвуковыми волнами. «Это явление известно как акустическая левитация », — объясняет ученый.
В рамках своей пионерской стипендии ETH бывший докторант ETH в настоящее время разрабатывает метод, который позволяет полностью поднимать и манипулировать небольшими объектами, не касаясь их. Это особенно актуально в ситуациях, когда повреждение мелких компонентов стоит денег, например, в часовом или полупроводниковом производстве.
Обычные роботизированные захваты склонны к повреждению хрупких предметов. Чтобы противостоять этому, можно использовать мягкие резиноподобные захваты. Хотя они не наносят ущерба, они легко загрязняются, как хорошо используемый резиновый ластик. Кроме того, эти мягкие роботизированные захваты предлагают только ограниченную точность позиционирования.
Захват без прикосновения: это принцип, стоящий за проектом Шака «No-Touch Robotics». Технология основана на эффекте, который использовался в течение более 80 лет и был впервые использован в освоении космоса. Ультразвуковые волны создают поле давления, которое люди не могут видеть или слышать. Точки давления создаются, когда акустические волны накладываются друг на друга, и мелкие объекты могут быть захвачены в этих точках. В результате они, кажется, свободно плавают в воздухе — в акустической ловушке.
Экономические выгоды
Установка в его лаборатории является прототипом продукта, который хочет разработать Шак: роботизированный захват с электронным управлением, использующий ультразвук. 31-летний ученый установил множество маленьких динамиков в две полусферы, созданные с использованием 3-D принтера. Соответствующее программное обеспечение позволяет Schuck управлять громкоговорителями так, чтобы точки давления могли перемещаться. Цель состоит в том, чтобы изменить их положение в режиме реального времени без падения подвешенного объекта на землю. Этот конкретный аспект исследуется докторантом ETH Марком Ретлисбергером, который делит лабораторию в технопарке Цюриха с Шуком и Кристианом Беркардом, студентом магистратуры.
Просто используя существующие технологии, ученые могут перемещать различные небольшие объекты в пространстве. Программное обеспечение настраивает захват в соответствии с формой поднимаемого объекта, и рука робота затем перемещает объект к месту назначения.
Принцип захвата без прикосновения также имеет экономический эффект: при работе с обычным роботом для каждой новой формы требуется другой захват. Акустический захват устраняет необходимость в обширном наборе дорогих высокоточных захватов. Даже сам робот-манипулятор не должен быть очень точным: «Точное позиционирование определяется акустическими волнами, контролируемыми программным обеспечением», — объясняет Шак.
Первоначально Шук хочет использовать средства, полученные от его ETH Pioneer Fellowship, чтобы определить, как роботизированные захваты используются на практике. «Основная цель — изучить потенциальные области применения и открыть двери в промышленности», — говорит Шак. Инновация, вероятно, будет представлять интерес для часовой промышленности, где высокоточная микромеханика необходима для обработки дорогостоящих мелких деталей. «Например, зубчатые колеса сначала покрывают смазкой, а затем измеряют толщину этого слоя смазки. Даже слабое прикосновение может повредить тонкую пленку смазки». Производство микрочипов может стать еще одним привлекательным рынком для технологий Шака.
Шук использует часть из 150 000 швейцарских франков из стипендии для создания своего рода «комплекта разработки» для потенциальных клиентов. Он содержит роботизированный захват , управляющее программное обеспечение и инструкции. Шак подчеркивает, что он до сих пор не знает, как будет выглядеть конечный продукт. «Это зависит от обратной связи, которую я получаю от промышленности». Он надеется, что найдет несколько заинтересованных сторон, которые будут сотрудничать с ним в дальнейшем развитии акустического захвата., С одной стороны, это должно помочь удовлетворить существующие потребности рынка. С другой стороны, Шук стремится, чтобы технологии работали не только в лаборатории, но и в реальном мире. Если он сумеет справиться с этим к весне 2021 года, Шак считает, что он сможет создать стартап на основе своей гениальной бизнес-идеи.