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Winzige Toiletten: Präzisionsgesteuerte Mikrobots Zeigen, Dass Sie Jobs Im Industriellen Maßstab übernehmen Können
Winzige Toiletten: Präzisionsgesteuerte Mikrobots Zeigen, Dass Sie Jobs Im Industriellen Maßstab übernehmen Können

Video: Winzige Toiletten: Präzisionsgesteuerte Mikrobots Zeigen, Dass Sie Jobs Im Industriellen Maßstab übernehmen Können

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Anonim

Magnetisch schwebende Mikrobots, einige von der Größe eines Stecknadelkopfes, demonstrieren Konstruktionsfähigkeiten im kleinen Maßstab.

Ein wegweisendes Forschungsinstitut, das die Computerwelt mit Maus, Hypertext und Netzwerken bekannt gemacht hat, setzt seine Ziele jetzt etwas tiefer. Ein Team von Ingenieuren bei SRI International, einem gemeinnützigen Auftragsforschungs- und Entwicklungslabor in Menlo Park, Kalifornien, hat einfache, magnetisch schwebende Mikrobots genutzt, um Strukturen aufzubauen und andere anspruchsvolle Aufgaben in kleinen Maßstäben auszuführen.

Viele solcher schwimmenden Mikrobots könnten zusammenwirken, so etwas wie mechanische Ameisenkolonien, um Objekte zu konstruieren und viele andere nützliche Anwendungen auszuführen, sagt Ron Pelrine, Chefwissenschaftler in der Abteilung Robotik, technische Forschung und Entwicklung des SRI. Er schlägt zum Beispiel vor, dass sie für Mikromontage-Arbeiten in Anlagen geeignet sind, in denen MEMS-Chips (Micro Electromechanical System) hergestellt werden, oder für das Rapid Prototyping neuartiger Strukturen mit eingebetteter Elektronik wie Sensoren und tragbaren Diagnosegeräten. Sie könnten auch kleine Aufgaben in biologischen und medizinischen Bereichen wie dem Zelldruck oder der Bildung komplexer Gewebewachstumsmedien erledigen.

Die aktuellen Labor-Demo-Geräte reichen von 0,1 bis 1 cm Durchmesser über die Größe eines Stecknadelkopfs bis etwas kleiner als der Durchmesser einer AAA-Batterie, die so klein ist, dass sie leichte Gegenstände (z. B. kurze Kohlefaserlängen) durch vorübergehendes Anbringen tragen können Manipulatorarme nur unter Verwendung der schwachen Oberflächenspannung von Wassertropfen.

Trotz ihrer geringen Größe und einfachen Einfachheit ist die Bedienung der präzisionsgesteuerten Geräte schnell und in hohem Maße wiederholbar. Diese Eigenschaften zeigen SRI-Forscher im folgenden Video. Die Airhockey-Puck-ähnlichen Geräte können sich bis zu 217 Körperlängen pro Sekunde bewegen und bieten eine potenzielle Wiederholbarkeit der Bewegung bis auf geschätzte 40 Nanometer, was ungefähr dem Durchmesser eines Virus entspricht.

Das nächste Video zeigt das weitere Potenzial der Technologie für den Einsatz in zukünftigen Fabriken im Mikromaßstab: Die magnetischen Mechanismen zeigen Objekte auf Mini-Gabelstaplern, betätigen Spritzen und führen rudimentäre Lichtbogenschneidaufgaben aus. Ein weiteres Videosegment zeigt die Bots, die sich über Oberflächen bewegen, die in steilen Winkeln und auf dem Kopf stehend gehalten werden.

Ein neuartiger Weg zur Mikrobotik.

Die Forschung an Mikrobots hat in den letzten Jahren weltweit zugenommen, da die erforderlichen Teile - winzige Motoren, Aktuatoren, Batterien usw. - neu verfügbar sind, so Pelrine, der feststellt: "Ein Großteil der jüngsten Arbeiten wurde von Hobbyisten durchgeführt, und sie habe immer mehr Fähigkeiten demonstriert."

So klein die Komponenten auch sein mögen, die Installation neuer Features und Funktionen auf den kleinen Geräten wird nicht einfacher. "Herkömmliche Mikroroboter haben viele Dinge auf sich", sagt Pelrine. Aus diesem Grund haben sich SRI-Forscher für einen anderen Entwurfsansatz entschieden, der die größte Komplexität und Größe aus der Gleichung für mobile Roboter herausholt.

Die winzigen Roboterelemente werden elektromagnetisch über dem Arbeitsbereich schweben lassen und mit digitaler Präzision gesteuert. "Wir haben einen einfachen Satz Magnete, an denen verschiedene Werkzeuge und Endeffektoren angebracht werden können", erklärt Pelrine. Die Bots mit mehreren Freiheitsgraden werden mithilfe von Magnetfeldern manipuliert, die von Stromkreisen erzeugt werden, die unter dem Arbeitsbereich liegen.

"Die gesamte Komplexität des typischen Mikrorobotersystems - die Leistung, die Sensoren und der größte Teil der Betätigung - ist nicht an Bord", sagt er. "Das hält die Dinge klein, einfach und kostengünstig."

Die Tatsache, dass die schwimmenden Bots während ihrer Fahrt "keinen Verschleiß" aufweisen, könnte eine wichtige Überlegung sein, wenn Ingenieure große Systeme mit Tausenden von Roboterelementen bauen würden, fügt Pelrine hinzu.

Gebäude kleiner

Magnetische Mikrobots könnten verkleinert werden, um in noch kleineren Bereichen zu arbeiten, fährt Pelrine fort. Vielleicht könnten Forscher durch die Verwendung von mikrofabrizierter Magnettechnologie, um die Bots selbst zu bauen, irgendwann Herstellungsvorgänge in Richtung der Mikrometergröße verlagern. Er betont jedoch, dass ein solcher Fortschritt "zweifellos aufeinanderfolgende Generationen erfordern würde" der verkleinerten Mikrobots und Kontrollsysteme.

Eine solche vorgeschlagene Aktivität würde die Schnittstelle zwischen Makro und Mikromaßstab durchqueren, wobei die Bots Funktionen im Mikromaßstab ausführen und sich dennoch über große Entfernungen - Zentimeter oder sogar Meter - bewegen könnten, um auch direkt mit der Makrowelt zu interagieren. Bei dieser Größenstufe könnte ein Mikrobot beispielsweise mit einer Sondenspitze, wie sie in Rasterkraftmikroskopen verwendet wird, an winzigen Objekten arbeiten und dann makroskopische Entfernungen zurücklegen, um andere Aufgaben wie das Waschen oder Kalibrieren der Spitze auszuführen.

Gut geordnete Schwärme

Im weiteren Sinne könnten die Auswirkungen automatisierter Systeme mit potenziell Millionen winziger, individuell gesteuerter Agenten tiefgreifend sein. Man könnte sich Schwärme von Mikrobots vorstellen, die neuartige Hochleistungsmaterialien mit Mikrostrukturen konstruieren, die bis auf die Korngröße skaliert sind, sagt Pelrine.

Sogar die Selbstreplikation von Teilen durch Mikrobots könnte machbar sein, ein Konzept, das an Konzepte erinnert, die K. Eric Drexler 1986 in seinem Buch Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology (Anchor) eingeführt hat. Das SRI-Team hat zum Beispiel gezeigt, dass die Mikrobots Endeffektoren für andere Mikrobots bauen und kleine Roboterkörper aus Magneten zusammensetzen können, um größere Roboterkörper zu bilden.

"Es ist wirklich eine neue Klasse von Maschinen", schließt Pelrine, "etwas, das derzeit vielleicht schwer zu erkennen ist."

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