ETH Pioneer Fellow Marcel Schuck utvecklar en robotgrepp som kan manipulera små och sköra föremål utan att röra vid dem. Tekniken bygger på ljudvågor.

Den lilla installationen som Marcel Schuck har monterat på sin arbetsbänk påminner om en skolfysiklektion:ett arrangemang, bestående av två halvsfärer och som liknar ett par hörlurar, är ansluten till ett kretskort som bär mikrochips. Han använder enheten för att visa en fysisk effekt. En liten sfär svävar mellan de två halvsfärerna, hålls upp av ultraljudsvågor. "Detta fenomen är känt som akustisk levitation, "förklarar forskaren.

Som en del av hans ETH Pioneer Fellowship, den tidigare ETH -doktoranden utvecklar för närvarande en metod som gör det möjligt att lyfta och manipulera små föremål helt utan att röra vid dem. Detta är särskilt relevant i situationer där skador på små komponenter kostar pengar, såsom inom klock- eller halvledarindustrin.

Konventionella robotgripare är benägna att skada ömtåliga föremål. För att motverka detta, mjuk, gummiliknande gripdon kan användas. Även om dessa inte orsakar någon skada, de är lätt förorenade, som en välanvänd gummisudd. Dessutom, dessa mjuka robotgripare erbjuder endast begränsad positioneringsnoggrannhet.

Gripande utan att röra:det är principen bakom Schucks projekt, "No-Touch Robotics." Tekniken bygger på en effekt som har utnyttjats i mer än 80 år och som först användes vid utforskning av rymden. Ultraljudsvågor genererar ett tryckfält som människor inte kan se eller höra. Tryckpunkter skapas när de akustiska vågorna täcker varandra, och små föremål kan fastna inom dessa punkter. Som ett resultat, de verkar sväva fritt i luften - i en akustisk fälla.

Ekonomiska fördelar

Installationen i hans laboratorium är prototypen för produkten som Schuck vill utveckla:en elektroniskt styrd robotgripare med ultraljud. Den 31-åriga forskaren har monterat många små högtalare i de två halvsfärer, skapad med en 3D-skrivare. Den tillhörande programvaran gör att Schuck kan styra högtalarna så att tryckpunkterna kan flyttas runt. Målet är att ändra sin position i realtid utan att det upphängda föremålet faller till marken. Just denna aspekt forskas av ETH -doktoranden Marc Röthlisberger, som delar ett laboratorium på Technopark Zürich med Schuck och Christian Burkard, en masterstudent.

Bara att använda den befintliga tekniken, forskarna kan flytta olika små föremål genom rymden. Programvaran anpassar griparen till formen på objektet som ska lyftas, och en robotarm transporterar sedan objektet till måldestinationen.

Principen att gripa utan att röra har också en ekonomisk fördel:när du arbetar med en konventionell robot, en annan gripare krävs för nästan varje ny form. Den akustiska griparen eliminerar behovet av en omfattande uppsättning dyra högprecisionsgrepp. Det är inte ens nödvändigt för robotarmen i sig att vara extremt exakt:"Den exakta positionen bestäms av de akustiska vågorna som styrs av programvaran, "Förklarar Schuck.

Initialt, Schuck vill använda finansieringen från sitt ETH Pioneer Fellowship för att avgöra hur robotgripare används i praktiken. "Huvudsyftet är att utforska de potentiella användningsområdena och öppna dörrar inom industrin, "Säger Schuck. Innovationen kommer sannolikt att vara av intresse för klockindustrin, där mycket exakt mikromekanik är avgörande för hantering av dyra minutkomponenter. "Kugghjul, till exempel, är först belagda med smörjmedel, och sedan mäts tjockleken på detta smörjmedelskikt. Även den svagaste beröring kan skada smörjmedlets tunna film. "Mikrochipproduktion kan vara en annan attraktiv marknad för Schucks teknik.

Schuck använder några av de 150, 000 schweiziska franc från stipendiet för att skapa en typ av "utvecklingskit" för potentiella kunder. Denna innehåller en robotgripare, styrprogramvara, och instruktioner. Schuck betonar att han fortfarande inte vet hur slutprodukten kommer att se ut. "Det beror på den feedback jag får från industrin." Han hoppas att han kommer att hitta några intresserade parter som kommer att samarbeta med honom om den vidare utvecklingen av den akustiska griparen. Å ena sidan, detta bör bidra till att tillgodose befintliga marknadens behov. Å andra sidan, Schuck är angelägen om att tekniken fungerar inte bara i laboratoriet, men i den verkliga världen. Om han kan hantera detta under våren 2021, Schuck räknar med att han borde kunna etablera en start-up baserad på sin geniala affärsidé.