基於聲波的機器人夾持器被開發 無需接觸就能精準操縱微小易碎物體

2020-11-24 騰訊網

圖片來源：ETH Zürich / Stefan Weiss

ETH的先驅研究員Marcel Schuck正在研發一種機器人夾持器，這種夾持器可以在不接觸小而易碎的物體的情況下操縱它們。這項技術是基於聲波。

Marcel Schuck在他的工作檯上組裝的小裝置讓人想起了學校的一節物理課:一個由兩個半球體組成的裝置，類似於一對耳機，連接到一個攜帶微晶片的電路板上。他正在用這個裝置演示物理效果。一個小球體懸浮在兩個半球體之間，由超聲波支撐。「這種現象被稱為聲懸浮。」他解釋說。

作為在聯邦理工學院的研究項目的一部分，這位前聯邦理工學院博士生目前正在開發一種方法，可以完全舉起和操縱小物體而不需要接觸它們。在小型部件損壞需要花錢的情況下，例如在制表業或半導體行業，這一點尤其重要。

傳統的機器人夾持器容易損壞脆弱的物體。為了解決這個問題，可以使用柔軟的橡膠狀鉗子。雖然這些不會造成損害，但它們很容易被汙染，就像橡皮擦一樣。此外，這些柔性機器人夾持器只能提供有限的定位精度。

不接觸也能抓住：這就是Schuck的「無接觸機器人」項目背後的原理。這項技術是基於一種已經被開發了80多年並首次用於太空探索的效應。超聲波會產生一種人們看不見或聽不見的壓力場。壓力點是聲波相互疊加而形成的，小物體可以被困在這些壓力點中。結果，它們似乎在空氣中自由漂浮——在一個聲學陷阱中。

經濟效益

在實驗室裡安裝的是Schuck想要開發的產品的原型：一個使用超聲波的電子控制機器人鉗子。這位31歲的科學家用3D印表機在兩個半球體上安裝了許多小喇叭。相關的軟體可以讓Schuck控制揚聲器，這樣壓力點就可以移動。目標是實時改變它們的位置，而不讓懸浮的物體掉到地上。聯邦理工學院博士生馬克·羅斯利斯伯格(Marc Rothlisberger)正在研究這一特殊的物體，他與Schuck和研究生克裡斯蒂安·伯卡爾德(Christian Burkard)在蘇黎世科技園區共享一個實驗室。

利用現有的技術，科學家們能夠在太空中移動各種小物體。該軟體根據被舉起物體的形狀調整夾持器，然後機器人手臂將物體運送到目標位置。

不接觸的抓取原理也有經濟效益:當與傳統機器人一起工作時，幾乎每一個新的形狀都需要一個不同的夾持器。聲學夾持器消除了大量昂貴的高精度夾持器的需要。機器人手臂本身甚至不需要非常精確:「精確的定位是由軟體控制的聲波決定的。」Schuck解釋說。

最初，Schuck想要用他的ETH先鋒研究員基金來決定如何在實踐中使用機器人夾持器。「主要目的是探索潛在的應用領域，並在行業內打開大門。」Schuck說。這一創新可能會引起制表行業的興趣，因為在制表行業，高精度的微觀力學對於處理昂貴的微小部件至關重要。例如，齒輪先塗上潤滑油，然後測量潤滑油層的厚度。即使是最輕微的接觸也會損壞潤滑劑的薄膜。」對於Schuck的技術來說，微晶片生產可能是另一個有吸引力的市場。

Schuck將從15萬瑞士法郎的獎學金中拿出一部分，為潛在客戶製作一種「開發工具包」。這包括一個機器人夾持器，控制軟體和指令。Schuck強調他仍然不知道最終的產品會是什麼樣子。

「這取決於我從行業得到的反饋。」Schuck希望能找到一些有興趣的人與他合作，進一步開發聲波夾持器。一方面，這將有助於滿足現有的市場需求。另一方面，Schuck希望這項技術不僅能在實驗室工作，也能在現實世界中發揮作用。如果能在2021年春天實現這一目標，Schuck認為他就能根據自己巧妙的商業創意創辦一家初創公司。

原文來源：https://techxplore.com/news/2020-01-robot.html

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