211service.com
Microrobots die samenwerken, bouwen met metaal, glas en elektronica
Iemand kijkt door de deur van Annjoe Wong-Foy's lab naar SRI Internationaal zou kunnen denken dat zijn uitrusting door mieren is besmet. Donkere vormen van ongeveer een centimeter doorsnee bewegen heen en weer over verhoogde loopbruggen: ze weven rond obstakels en dragen kleine stokjes.
Groot bouwen: Een team van drie kleine, magnetisch gestuurde robots werkte samen om deze structuur te bouwen van koolstofstaven ter grootte van een tandenstoker.
Bij nadere beschouwing wordt duidelijk dat deze drukke beestjes in feite door de mens zijn gemaakt. Wong-Foy, een senior onderzoeksingenieur bij SRI, heeft een leger van magnetisch gestuurde arbeiders gebouwd om het idee te testen dat microrobots een betere manier zouden kunnen zijn om elektronische componenten te assembleren of om andere kleine constructies te bouwen.
De robotarbeiders van Wong-Foy hebben al bewezen in staat te zijn torens van 30 centimeter lang te bouwen van koolstofstaven en andere platforms die een kilogram gewicht kunnen dragen. De robots kunnen werken met glas, metaal, hout en elektronische componenten. In één demonstratie maakten ze een carbon truss-structuur met draden en gekleurde LED's gemengd om te dienen als de kerstboom van het laboratorium.
We kunnen tegen lage kosten opschalen naar veel meer robots, zegt Wong-Foy, die denkt dat zijn systeem kan uitgroeien tot een nieuwe benadering van productie. Veel elektronische componenten hebben het juiste formaat om door zijn microrobots te worden gehanteerd, zegt hij, en teams van hen zouden een goede manier kunnen zijn om ze op printplaten te plaatsen.
SRI wil een versie van het microrobotsysteem maken die kan worden verkocht aan andere onderzoekslaboratoria en bedrijven om mee te experimenteren. We hebben het basisplatform gedemonstreerd en bekijken nu hoe we het lab kunnen verlaten als onderzoeksplatform, zegt Rich Mahoney, directeur robotica bij SRI. Je zou dit op de plank moeten kunnen kopen.
De microwerkers van SRI zijn eenvoudig: alleen kleine magnetische platforms met eenvoudige draadarmen erop. Ze kunnen alleen bewegen als ze op een oppervlak worden geplaatst met een specifiek patroon van elektrische circuits erin. Het sturen van stroom door de spoelen eronder oefent een kracht uit op de magneten en stuurt de robots rond. Wong-Foy heeft daarvoor software geschreven en deze gebruikt om de beweging van meer dan 1.000 kleine robots in een complex circulerend patroon te choreograferen. Dat laat zien dat het mogelijk moet zijn om ze in grote teams te laten werken, zegt hij.
De draadarmen van de robots kunnen niet zelfstandig bewegen. Maar het creëren van teams van robots met verschillende soorten armen maakt het mogelijk om complex werk te doen.
Het bouwen van een truss-structuur vereist drie soorten werknemers. Men bedient een soort tandenstokerdispenser, waarbij een hendel wordt ingedrukt om een koolstofstaafje ter grootte van een tandenstoker vrij te geven. Een andere robot doopt zijn armen in een waterbak om druppels op de uiteinden van zijn armen te plaatsen, en gebruikt dan oppervlaktespanning om de staaf op te pakken. Een derde robot bezoekt een lijmstation, dompelt zijn armen onder en brengt vervolgens de lijm aan op de constructie in aanbouw. Ten slotte drukt de robot die de staaf heeft opgepakt deze op zijn plaats en wacht tot een ultraviolet licht wordt ingeschakeld om de lijm uit te harden. Daarna kan hij zich terugtrekken om een nieuwe hengel op te pakken.
De software die de robots aanstuurt, kan ook het platform waarop ze zitten verplaatsen. Het verplaatst het platform telkens wanneer een nieuwe laag is voltooid, zodat de werkruimte van de robots hetzelfde blijft als de structuur die ze bouwen groeit.
Net als 3D-printtechnologie, beloven microrobots een efficiëntere manier te zijn om complexe objecten in kleine hoeveelheden te maken dan conventionele massaproductietechnologie, zegt Mahoney. Dat komt deels omdat de microrobots opnieuw kunnen worden geprogrammeerd om volledig nieuwe taken uit te voeren, en deels omdat ze niet duur zijn. We noemen dit soms megahertz-manipulatie, zegt hij. We kunnen denken aan manipulatie met snelheden die we gewend zijn te zien bij informatieverwerking.
Het helpen maken van printplaten in kleine batches voor het maken van prototypes van nieuwe elektronische apparaten is een mogelijke toepassing. Hobbyisten en kleine bedrijven die aan elektronische hardware werken, maken tegenwoordig weinig prototype-printplaten vanwege de tijd die het kost om ze met de hand te assembleren en de kosten en vertraging van het betalen voor kleine oplagen in speciale fabrieken.
Wong-Foy denkt ook dat zijn aanpak nuttig kan zijn voor het assembleren van apparaten die elektronische en optische componenten combineren, bijvoorbeeld om te communiceren met glasvezelkabels. Omdat silicium en optische componenten niet in dezelfde stap kunnen worden verwerkt, gebruikt die industrie vaak handmatige assemblage om ze in elkaar te zetten. Op het gebied van optische elektronica heeft men nog geen goede manier gevonden om indiumfosfidelasers te integreren met siliciumcomponenten, zegt Wong-Foy. De schaal van die dingen is de grootte van koolstofstaven die we hier gebruiken.