ETH Pioneer Fellow Marcel Schuck ontwikkelt een robotgrijper die kleine en kwetsbare objecten kan manipuleren zonder ze aan te raken. De technologie is gebaseerd op geluidsgolven.

De kleine installatie die Marcel Schuck op zijn werkbank in elkaar heeft gezet, doet denken aan een les natuurkunde op school:een arrangement, bestaande uit twee halve bollen en lijkt op een koptelefoon, is verbonden met een printplaat met microchips. Hij gebruikt de assembly om een ​​fysiek effect te demonstreren. Tussen de twee halve bollen zweeft een kleine bol, opgehouden door ultrasone golven. "Dit fenomeen staat bekend als akoestische levitatie, ’ legt de wetenschapper uit.

Als onderdeel van zijn ETH Pioneer Fellowship, de voormalig ETH-promovendus ontwikkelt momenteel een methode die het mogelijk maakt om kleine voorwerpen geheel op te tillen en te manipuleren zonder ze aan te raken. Dit is met name relevant in situaties waar schade aan kleine onderdelen geld kost, zoals in de horloge- of halfgeleiderindustrie.

Conventionele robotgrijpers zijn gevoelig voor beschadiging van kwetsbare objecten. Om dit tegen te gaan, zacht, rubberachtige grijpers kunnen worden gebruikt. Hoewel deze geen schade aanrichten, ze zijn gemakkelijk verontreinigd, als een veelgebruikte rubberen gum. Aanvullend, deze zachte robotgrijpers bieden slechts een beperkte positioneringsnauwkeurigheid.

Aangrijpen zonder aanraken:dat is het principe achter het project van Schuck, "No-Touch-robotica." De technologie is gebaseerd op een effect dat al meer dan 80 jaar wordt benut en voor het eerst werd gebruikt bij verkenning van de ruimte. Ultrageluidsgolven genereren een drukveld dat mensen niet kunnen zien of horen. Drukpunten worden gecreëerd als de akoestische golven elkaar overlappen, en kleine voorwerpen kunnen binnen deze punten worden opgesloten. Als resultaat, ze lijken vrij in de lucht te zweven - in een akoestische val.

Economische voordelen

De installatie in zijn laboratorium is het prototype voor het product dat Schuck wil ontwikkelen:een elektronisch gestuurde robotgrijper met behulp van ultrageluid. De 31-jarige wetenschapper heeft talloze kleine luidsprekers in de twee halve bollen geplaatst, gemaakt met een 3D-printer. Met de bijbehorende software kan Schuck de luidsprekers zodanig aansturen dat de drukpunten kunnen worden verplaatst. Het doel is om hun positie in realtime te veranderen zonder dat het hangende object op de grond valt. Dit specifieke aspect wordt onderzocht door de ETH-promovendus Marc Röthlisberger, die een laboratorium deelt in het Technopark Zürich met Schuck en Christian Burkard, een masterstudent.

Gewoon gebruik maken van de bestaande technologie, de wetenschappers kunnen verschillende kleine objecten door de ruimte verplaatsen. De software past de grijper aan de vorm van het op te tillen object aan, en een robotarm transporteert vervolgens het object naar de doelbestemming.

Het principe van grijpen zonder aanraken heeft ook een economisch voordeel:bij het werken met een conventionele robot, voor bijna elke nieuwe vorm is een andere grijper nodig. De akoestische grijper elimineert de noodzaak voor een uitgebreide set dure, zeer nauwkeurige grijpers. Het is niet eens nodig dat de robotarm zelf extreem nauwkeurig is:"De exacte positionering wordt bepaald door de akoestische golven die door de software worden aangestuurd, ’ legt Schuck uit.

aanvankelijk, Schuck wil de financiering van zijn ETH Pioneer Fellowship gebruiken om te bepalen hoe robotgrijpers in de praktijk worden ingezet. "Het belangrijkste doel is om de potentiële toepassingsgebieden te verkennen en deuren te openen binnen de industrie, ", zegt Schuck. De innovatie is waarschijnlijk interessant voor de horloge-industrie, waar zeer nauwkeurige micromechanica essentieel is voor het hanteren van kostbare minuscule componenten. "Getande tandwielen, bijvoorbeeld, zijn eerst bedekt met smeermiddel, en vervolgens wordt de dikte van deze smeermiddellaag gemeten. Zelfs de geringste aanraking kan de dunne laag smeermiddel beschadigen." De productie van microchips zou een andere aantrekkelijke markt kunnen zijn voor de technologie van Schuck.

Schuck gebruikt enkele van de 150, 000 Zwitserse frank van de beurs om een ​​soort "ontwikkelingskit" voor potentiële klanten te creëren. Deze bevat een robotgrijper, besturingssoftware, en instructies. Schuck benadrukt dat hij nog steeds niet weet hoe het eindproduct eruit zal zien. "Dat hangt af van de feedback die ik uit de industrie krijg." Hij hoopt enkele geïnteresseerden te vinden die met hem willen samenwerken aan de verdere ontwikkeling van de akoestische grijper. Aan de ene kant, dit moet helpen om aan de bestaande marktbehoeften te voldoen. Anderzijds, Schuck wil dat de technologie niet alleen in het laboratorium werkt, maar in de echte wereld. Als hij dit in het voorjaar van 2021 voor elkaar krijgt, Schuck denkt dat hij op basis van zijn ingenieuze bedrijfsidee een start-up moet kunnen opzetten.