Miniatyrisering inom robotik innebär att man minskar storleken på robotar och deras komponenter samtidigt som man ökar deras kraft. Det handlar om att sätta sensorer, datorer, energihantering och ställdon i smalare fotavtryck utan att offra precision eller tillförlitlighet.
Dessa nya maskiner kan utföra uppgifter på platser som är för små för större maskiner eller människor att nå, vilket gör dem optimala för fabriker, sjukhus och gruvor.
Fördelar med kompakta robotsystem
Skiftet mot miniatyrisering erbjuder betydande fördelar, varför det utvecklas och används inom många vetenskapliga och industriella områden.
Förbättrad hastighet och precision
Mindre komponenter är naturligtvis lättare. Denna reducerade massa möjliggör mycket snabbare acceleration och retardation.
När spelrum, böjning och glapp minimeras i mindre skalor, ökar precisionen. Vid mikro-montering eller inspektion innebär det snävare spårning, kortare cykler och mindre överskridande.
Förbättrad effektivitet och lägre kostnader
Mindre förpackningar drar vanligtvis mindre ström och använder färre material, vilket minskar tillverknings- och driftskostnaderna. Företag som vill skala automatisering ser kompakta robotar som en prisvärd och hållbar lösning som kan spara värdefull golvyta i fabriker, laboratorier, lager och andra anläggningar.
Större tillgänglighet och rörlighet
Kompakta robotar kan nå platser som större maskiner inte kan. Inspektionsdrönare i bur klämmer sig igenom kanaler, tankar och fartyg utan problem.
Laboratorier och transportavdelningar har använt bur-skyddade obemannade luftfarkoster (UAV) för bildtagning av bro och begränsat-utrymme, där GPS nekas och mänskligt tillträde skulle vara långsamt eller farligt. Miniatyrmarkrobotar och kastrobotar-spanar på liknande sätt snäva interiörer innan folk följer efter.
Tekniken bakom miniatyrisering inom robotik
Denna övergång till mindre robotar bygger på årtionden av framsteg inom mikro-skalateknik. Viktiga elektroniska komponenter har gjort dagens kompakta robotar möjliga.
Framsteg inom MEMS
Mikro-elektro-mekaniska system (MEMS) gör att chip-skalavkänning och aktivering blir rutin. De integrerar små mekaniska element, sensorer och elektronik på ett enda kiselchip, och fungerar som "ögon och öron" för små robotar.
Eftersom de är små och energieffektiva-är MEMS lämpliga för autonoma system. Universitetsprogram beskriver hur MEMS nu täcker tröghetsavkänning, miljöövervakning, mikrofluidik och till och med lättstyrning -, allt till storlekar och kostnader som passar i miniatyrrobotar.
Mikrokontrollerns roll
Styrsystemet är hjärnan, och i miniatyrrobotar är detta mikrokontrollern. En mikrokontroller är ett komplett datorsystem på en enda integrerad krets som innehåller en processor, minne och kringutrustning för ingång/utgång. Den kan köras som en enda enhet för signalbehandling i realtid-, vilket är avgörande för uppgifter som att balansera eller navigera i hinder.
Detta koncept sträcker sig till mjuk robotik. Mjuka strukturer anpassar sig till ytor, fördelar spänningen över en större volym och reducerar effektivt slagkraften. Sådana strategier är tilltalande för att designa och konstruera system för att hantera en rad ömtåliga eller oregelbundet formade föremål eller för att arbeta runt människor. Målet är att skapa bioinspirerade robotar som tillåter adaptiv och flexibel interaktion med oförutsägbara miljöer.
Verkliga-miniatyriseringsapplikationer
De spännande tiderna är här och flera företag leder vägen med sina egna versioner av kraftfulla, kompakta robotar. Här är några exempel.
Medicinska och hälsovårdsapplikationer
Medtronics kirurgiska robotar
Medtronic utvecklar plattformar för robotassisterad-kirurgi och har fokuserat på system för ryggrads- och hjärningrepp sedan det förvärvade Mazor Robotics. Den har gjort framsteg när det gäller mjuka, styrbara och formformande-katetrar och instrument för hjärt- och endovaskulära behandlingar.
Företagets mål är att utveckla robotkatetrar som kan ändra form under avbildningsvägledning för att navigera i pulserande-hjärtmiljöer.
Intuitive Surgicals da Vinci-system
Da Vincis kirurgiska system har kraften i miniatyrisering i en annan skala. Medan Intuitive Surgicals robot i sig är stor, är dess instrument små. Dessa små verktyg gör det möjligt för kirurger att utföra komplexa, minimalt invasiva ingrepp med lätthet, vilket resulterar i mindre trauma och snabbare patientåterhämtning.
Industri och tillverkning
Mecademic Meca500
Mecademic sa att dess Meca500 är en av världens minsta och mest exakta sex-axliga industrirobotarmar för mikro-monteringstestning och -inspektion.
MIT Lincoln Laboratory har demonstrerat ett mikroplasmasputtringshuvud monterat på en Meca500 för att skriva ut elektroniskt material, vilket illustrerar hur små armar möjliggör laboratorie-arbetsflöden för tillverkning av bänkar. Sjukhus och bildbehandlingskärnor använder också Meca500-enheter för automatiserad provhantering.