Robotten, der griber uden at røre

ETH Pioneer Fellow Marcel Schuck udvikler en robotgreb, der kan manipulere små og skrøbelige objekter uden at røre dem. Teknologien er baseret på lydbølger.

Den lille installation, som Marcel Schuck har samlet på sit arbejdsbord, minder om en fysiklektion i skolen:et arrangement, bestående af to halvkugler og ligner et par hovedtelefoner, er forbundet til et printkort, der bærer mikrochips. Han bruger forsamlingen til at demonstrere en fysisk effekt. En lille kugle svæver mellem de to halvkugler, holdt op af ultralydsbølger. "Dette fænomen er kendt som akustisk levitation, " forklarer videnskabsmanden.

Som en del af hans ETH Pioneer Fellowship, den tidligere ETH ph.d.-studerende er i øjeblikket ved at udvikle en metode, der gør det muligt at løfte og manipulere små genstande helt uden at røre dem. Dette er især relevant i situationer, hvor skader på små komponenter koster penge, såsom i urmager- eller halvlederindustrien.

Konventionelle robotgribere er tilbøjelige til at beskadige skrøbelige genstande. For at imødegå dette, blød, gummilignende gribere kan bruges. Selvom disse ikke forårsager skade, de er let forurenede, som et velbrugt gummi viskelæder. Derudover disse bløde robotgribere tilbyder kun begrænset positioneringsnøjagtighed.

Grib uden at røre:det er princippet bag Schucks projekt, "No-Touch Robotics." Teknologien er baseret på en effekt, der har været udnyttet i mere end 80 år og først blev brugt i rumforskning. Ultralydsbølger genererer et trykfelt, som mennesker ikke kan se eller høre. Trykpunkter skabes, når de akustiske bølger overlejrer hinanden, og små genstande kan blive fanget i disse punkter. Som resultat, de synes at svæve frit i luften - i en akustisk fælde.

Økonomiske fordele

Installationen i hans laboratorium er prototypen for det produkt, som Schuck ønsker at udvikle:en elektronisk styret robotgreb ved hjælp af ultralyd. Den 31-årige videnskabsmand har monteret talrige små højttalere i de to halvsfærer, oprettet ved hjælp af en 3D-printer. Den tilhørende software giver Schuck mulighed for at styre højttalerne, så trykpunkterne kan flyttes rundt. Målet er at ændre deres position i realtid, uden at den ophængte genstand falder til jorden. Dette særlige aspekt forskes i af ETH ph.d.-studerende Marc Röthlisberger, der deler et laboratorium i Technopark Zürich med Schuck og Christian Burkard, en kandidatstuderende.

Bare ved at bruge den eksisterende teknologi, forskerne er i stand til at flytte forskellige små objekter gennem rummet. Softwaren tilpasser griberen til formen på den genstand, der skal løftes, og en robotarm transporterer derefter objektet til måldestinationen.

Princippet om at gribe uden at røre har også en økonomisk fordel:når man arbejder med en konventionel robot, der kræves en anden griber til næsten alle nye former. Den akustiske griber eliminerer behovet for et omfattende sæt dyre gribere med høj præcision. Det er ikke engang nødvendigt for selve robotarmen at være ekstremt præcis:"Den nøjagtige positionering bestemmes af de akustiske bølger, der styres af softwaren, " forklarer Schuck.

I første omgang, Schuck ønsker at bruge midlerne fra sit ETH Pioneer Fellowship til at bestemme, hvordan robotgribere anvendes i praksis. "Hovedformålet er at udforske de potentielle anvendelsesområder og åbne døre inden for industrien, " siger Schuck. Innovationen vil sandsynligvis være af interesse for urmagerindustrien, hvor meget præcis mikromekanik er afgørende for håndtering af dyre, små komponenter. "Tandhjul, for eksempel, først belagt med smøremiddel, og derefter måles tykkelsen af ​​dette smøremiddellag. Selv den mindste berøring kan beskadige den tynde film af smøremiddel." Mikrochipproduktion kan være endnu et attraktivt marked for Schucks teknologi.

Schuck bruger nogle af de 150, 000 schweizerfranc fra stipendiet til at skabe en type "udviklingssæt" til potentielle kunder. Denne indeholder en robotgriber, kontrol software, og instruktioner. Schuck understreger, at han stadig ikke ved, hvordan slutproduktet kommer til at se ud. "Det afhænger af den feedback, jeg får fra industrien." Han håber, at han vil finde et par interesserede, som vil samarbejde med ham om den videre udvikling af den akustiske griber. På den ene side, dette skulle bidrage til at tilfredsstille eksisterende markedsbehov. På den anden side, Schuck er opsat på, at teknologien ikke kun fungerer i laboratoriet, men i den virkelige verden. Hvis han kan klare dette inden foråret 2021, Schuck regner med, at han burde være i stand til at etablere en start-up baseret på sin geniale forretningsidé.