Questo robot tiene tutto sospeso
In qualità di l'ETH Pioneer Fellow, Marcel Schuck sta sviluppando un robot in grado di afferrare piccole parti sensibili senza toccarle. Ciò è possibile grazie alle onde sonore.
La piccola installazione che Marcel Schuck ha allestito su un pannello di legno sul posto di lavoro ricorda una lezione di fisica: un lungo paio di pinze da presa composto da due semisfere, che sembrano cuffie, sono collegate a un circuito stampato con un microchip. L'ingegnere usa questa disposizione per dimostrare un effetto fisico: una piccola sfera galleggia tra le semisfere. ? tenuta in aria dalle onde ultrasoniche. "Questo fenomeno è noto come levitazione acustica", spiega lo scienziato.
Nell'ambito di una borsa di studio Pioneer dell'ETH, l'ex dottorando dell'ETH sta attualmente sviluppando un metodo che consente di sollevare e manipolare piccoli oggetti senza alcun contatto. Questo è particolarmente importante quando il danneggiamento di piccole parti è costoso, ad esempio nell'industria degli orologi e dei semiconduttori.
Quando un normale robot afferra oggetti sensibili, le cose possono rompersi rapidamente. Per questo motivo, nella pratica si utilizzano spesso pinze morbide, simili a quelle di gomma. Anche se non causano danni, si sporcano con il contatto, come una gomma da cancellare molto usata. Inoltre, la precisione di posizionamento è limitata con queste cosiddette "pinze robotiche morbide".
Afferrare senza toccare: Questo è il principio alla base del progetto di Schuck chiamato "No Touch Robotics". ? possibile grazie a un effetto che viene utilizzato da Chi siamo da oltre 80 anni, principalmente nella ricerca spaziale. Le onde ultrasoniche generano un campo di pressione che non possiamo né vedere né sentire. Sovrapponendo le onde acustiche, si creano punti di pressione in cui possono essere intrappolati piccoli oggetti. Di conseguenza, gli oggetti sembrano sospesi liberamente nell'aria: galleggiano nella trappola acustica.
Vantaggi anche economici
L'installazione nel suo laboratorio è un prototipo del prodotto che Schuck vuole sviluppare a medio termine: una pinza a ultrasuoni controllata da robot. Il 31enne ha costruito numerosi mini altoparlanti in due semisfere stampate in 3D. Con l'aiuto di un software, può controllarli in modo da spostare i punti di pressione. L'obiettivo a lungo termine è cambiare la loro posizione in tempo reale senza che l'oggetto galleggiante cada a terra. Lo studente di dottorato dell'ETH Marc R?thlisberger, che forma un team di laboratorio con Schuck e lo studente di master Christian Burkard presso il Technopark di Zurigo, sta facendo ricerche proprio su questo.
I ricercatori sono già in grado di spostare varie piccole parti nello spazio utilizzando la tecnologia esistente. Il software adatta la pinza alla forma dell'oggetto da sollevare e il braccio robotico lo trasporta a destinazione.
Il principio della presa senza contatto ha anche un vantaggio economico: se si lavora con un robot normale, occorre una pinza separata per quasi ogni nuova forma. La pinza a ultrasuoni rende superflua una serie completa di pinze ad alta precisione (e costose). Il braccio robotico stesso non deve nemmeno essere molto preciso. "Il posizionamento esatto viene effettuato dalle onde ultrasoniche controllate dal software", spiega Schuck.
Con l'ETH Pioneer Fellowship, Schuck vuole innanzitutto scoprire come i bracci di presa robotici vengono effettivamente utilizzati nella pratica. "L'obiettivo principale è quello di familiarizzare con le aree di applicazione e aprire le porte all'industria", afferma Schuck. L'innovazione sarà probabilmente interessante per l'industria orologiera, dove la micromeccanica precisa è un must a causa delle preziose piccole parti coinvolte. "Gli ingranaggi degli orologi, ad esempio, vengono prima rivestiti di lubrificante e poi viene misurato lo spessore di questo strato. Anche il minimo tocco potrebbe distruggere la sottile pellicola di lubrificante". Anche la produzione di microchip potrebbe essere un mercato interessante per la tecnologia di Schuck.
Nell'ambito della borsa di studio da 150.000 franchi, Schuck sta creando una sorta di valigetta sperimentale per i potenziali clienti. Contiene una pinza robotica, il software di controllo e le istruzioni. Schuck sottolinea che non sa ancora come sarà il prodotto finale. "Spera di trovare alcune parti interessate con cui sviluppare ulteriormente la pinza a ultrasuoni, in modo da soddisfare la domanda del mercato. D'altra parte, il processo non dovrebbe funzionare solo in laboratorio, ma anche nella pratica. Se questo riuscirà entro la primavera del 2021, Schuck potrà immaginare di fondare un'azienda con la sua idea imprenditoriale.