Инженеры разработали дельта-робота, способного к манипуляциям с микрометровой точностью и, в отличие от других дельта-роботов, гораздо более быстрого — робот может совершать циклические движения с частотой до 75 раз в секунду. Предполагается, что такого робота можно будет использовать для сборки устройств с небольшими элементами или для точных медицинских операций, говорится в работе, опубликованной в журнале Science Robotics.

Для манипуляций большими объектами существует множество методов и устройств, но в случае с небольшими объектами все гораздо сложнее. Практически все механические микроманипуляторы имеют тот или иной недостаток: сложная и дорогая конструкция, низкая точность или низкая скорость. Из-за этого их сложно использовать в производстве, к примеру, микроэлектромеханических устройств.

Исследователи под руководством Хэйли Макклинток (Hayley McClintock) из Гарвардского университета создали новый микроманипулятор, лишенный этих недостатков. Для этого они решили использовать известную конструкцию дельта-роботов. Она состоит из трех рычагов с независимыми приводами, соединенных с основанием, на котором может быть закреплен манипулятор или другой инструмент. Приводы в такой схеме имеют только одну степень свободы, но, поскольку они могут поворачивать рычаги на разный угол, основание может перемещаться в объеме.

Принцип действия дельта-робота. Ber7 / Wikimedia Commons

Инженеры создали эффективного дельта-робота, работающего с объектами, имеющими массу около грамма. Он имеет размер 15 миллиметров в ширину и 20 миллиметров в высоту. Поскольку при таком малом размере сложно достичь высокой точности с помощью моторов, исследователи использовали пьезоэлектрические элементы. Они связаны с нижней секцией рычагов, и при подаче тока изгибаются сами и двигают рычаги. Инженеры отмечают, что помимо точности пьезоэлектрические актуаторы позволили достичь на порядок большей скорости, чем у аналогов. К примеру, робот может совершать движение по кругу с диаметром 1,5 миллиметра с частотой 75 герц.

Схема нового дельта-робота. Hayley McClintock et al. / Science Robotics, 2018

Робот весит 430 миллиграмм, но может поднимать грузы с массой до 1,3 грамма. Он имеет рабочую зону объемом 7 квадратных миллиметров и точность перемещения около пяти микрометров. Исследователи продемонстрировали работу робота на нескольких примерах траекторий: кругах, звездах и других. Также разработчики протестировали его работу в качестве стабилизатора тремора рук: он смог снизить отклонения на 80 процентов. Инженеры считают, что это свойство можно использовать в глазной хирургии и других медицинских областях, в которых нужна точность движений.

Конструкцию дельта-роботов используют и в гораздо более масштабных проектах. К примеру, на ее основе итальянские инженеры создали самый большой 3D-принтер в мире, который может печатать небольшие дома целиком.

Автор: Григорий Копиев