A robotikában a miniatürizálás magában foglalja a robotok és alkatrészeik méretének csökkentését, miközben növeli teljesítményüket. Arról van szó, hogy az érzékelőket, a számítógépeket, az energiagazdálkodást és a működtetőket kisebb lábnyomokba helyezzük a pontosság és a megbízhatóság feláldozása nélkül.
Ezek az új gépek olyan helyeken is képesek feladatokat ellátni, amelyek túl kicsik ahhoz, hogy nagyobb gépek vagy emberek hozzáférjenek, így optimálisak gyárak, kórházak és bányák számára.
A kompakt robotrendszerek előnyei
A miniatürizálás felé való elmozdulás jelentős előnyökkel jár, ezért fejlesztik és használják számos tudományos és ipari területen.
Fokozott sebesség és pontosság
A kisebb alkatrészek természetesen könnyebbek. Ez a csökkentett tömeg sokkal gyorsabb gyorsítást és lassulást tesz lehetővé.
Ha a hézagokat, a hajlítást és a holtjátékot kisebb léptékben minimalizálják, a pontosság nő. Mikro-összeszerelésben vagy ellenőrzésben ez szorosabb útvonalkövetést, rövidebb ciklusokat és kevesebb túllövést jelent.
Fokozott hatékonyság és alacsonyabb költségek
A kisebb csomagok általában kevesebb energiát fogyasztanak és kevesebb anyagot használnak fel, csökkentve ezzel a gyártási és működési költségeket. Az automatizálás skálázására törekvő vállalkozások a kompakt robotokat megfizethető és fenntartható megoldásnak tekintik, amely értékes alapterületet takaríthat meg gyárakban, laboratóriumokban, raktárakban és egyéb létesítményekben.
Nagyobb hozzáférhetőség és mobilitás
A kompakt robotok el tudnak érni olyan helyeket is, ahol a nagyobb gépek nem. A ketrecbe zárt ellenőrző drónok probléma nélkül átpréselődnek a csatornákon, tartályokon és hajókon.
A laboratóriumok és a szállítási osztályok ketrecben{0}}védett, legénység nélküli légi járműveket (UAV) használtak híd- és zárt{1}}űrbeli képalkotáshoz, ahol a GPS megtagadva, és az emberek bejutása lassú vagy veszélyes lenne. A miniatűr földi robotok és a dobó{3}}botok hasonlóképpen bejárják a szűk belső tereket, mielőtt az emberek követnék őket.
A robotika miniatürizálása mögött meghúzódó technológia
Ez a kisebb robotok felé való elmozdulás a mikro{0}}léptékű tervezés több évtizedes fejlődésére épül. A kulcsfontosságú elektronikai alkatrészek lehetővé tették a mai kompakt robotok létrehozását.
Előrelépések a MEMS-ben
A mikro-elektro-rendszerek (MEMS) lehetővé teszik, hogy a chip-skálaérzékelés és működtetés rutinszerűvé váljon. Apró mechanikai elemeket, érzékelőket és elektronikát egyetlen szilícium chipbe integrálnak, amely a kis robotok "szemeként és füleként" funkcionál.
Mivel kicsik és energiahatékonyak,{0}}a MEMS alkalmas autonóm rendszerekhez. Az egyetemi programok felvázolják, hogy a MEMS most hogyan fedi le az inerciális érzékelést, a környezetfigyelést, a mikrofluidikát és még a könnyű kormányzást is -, mindezt olyan méretben és áron, amely elfér a miniatűr robotokban.
A mikrokontroller szerepe
A vezérlőrendszer az agy, a miniatűr robotoknál pedig ez a mikrokontroller. A mikrokontroller egy teljes számítástechnikai rendszer egyetlen integrált áramkörön, amely processzort, memóriát és bemeneti/kimeneti perifériákat tartalmaz. Egyetlen egységként képes működni a valós idejű jelfeldolgozáshoz{2}}, ami létfontosságú olyan feladatokhoz, mint az egyensúlyozás vagy az akadályok közötti navigáció.
Ez a koncepció a soft robotikára is kiterjed. A puha szerkezetek alkalmazkodnak a felületekhez, nagyobb térfogatra osztják el a feszültséget, és hatékonyan csökkentik az ütési erőt. Az ilyen stratégiák vonzóak a törékeny vagy szabálytalan alakú tárgyak kezelésére vagy az emberek körüli működésére alkalmas rendszerek tervezésére és felépítésére. A cél olyan bioinspirált robotok létrehozása, amelyek lehetővé teszik az adaptív és rugalmas interakciókat kiszámíthatatlan környezetekkel.
Valós-miniatürizálási alkalmazások
Itt vannak az izgalmas idők, és több vállalat is élen jár a nagy teljesítményű, kompakt robotok saját verziójával. Íme néhány példa.
Orvosi és egészségügyi alkalmazások
A Medtronic sebészeti robotjai
A Medtronic robot{0}}sebészeti platformokat fejleszt, és a Mazor Robotics felvásárlása óta a gerinc- és agyműtétrendszerekre összpontosít. Fejlődést ért el a lágy, irányítható és alakformáló-katéterek, valamint a szív- és endovaszkuláris kezelésekhez használt eszközök terén.
A vállalat célja olyan robotkatéterek kifejlesztése, amelyek képalkotó irányítás mellett képesek megváltoztatni alakjukat, hogy eligazodjanak a dobogó{0}}szív környezetben.
Intuitív sebészeti da Vinci rendszer
A da Vinci sebészeti rendszer más léptékű miniatürizálási képességekkel rendelkezik. Míg az Intuitive Surgical robotja maga nagy, a műszerei aprók. Ezek a kis eszközök lehetővé teszik a sebészek számára, hogy könnyedén végezzenek összetett, minimálisan invazív eljárásokat, ami kevesebb traumát és gyorsabb gyógyulást eredményez.
Ipari és gyártási
Mecademic Meca500
A Mecademic szerint a Meca500 a világ egyik legkisebb és legpontosabb hat-tengelyes ipari robotkarja a mikro-összeállítás tesztelésére és ellenőrzésére.
Az MIT Lincoln Laboratory bemutatott egy Meca500-ra szerelt mikroplazma porlasztófejet elektronikus anyagok nyomtatására, bemutatva, hogy az apró karok hogyan teszik lehetővé a laboratóriumi munkapadok gyártási folyamatait. A kórházak és a képalkotó magok Meca500 egységeket is alkalmaznak az automatizált mintakezeléshez.