Микро-роботы: 3D-нанопечать открывает новые возможности

Еще в 1980-х годах, с появлением микроэлектромеханических систем (МЭМС), инженеры-компьютерщики мечтали о создании миниатюрных роботов. Идея применения таких крошечных механизмов казалась особенно привлекательной из-за потенциала достижения выдающейся производительности в скорости и точности.

Однако создание роботов в микромасштабе оказалось непростой задачей из-за ограничений в 3D-производстве. Спустя почти 50 лет команда под руководством профессора Сары Бергбрайтер разработала 3D-печать для создания крошечных Delta-роботов, получивших название microDeltas. В отличие от своих крупногабаритных аналогов, используемых в промышленности для сортировки и сборки, microDeltas открывают двери для реальных применений в микроманипуляции, сборке, малоинвазивной хирургии и носимых тактильных устройствах.

Новаторский процесс использует двухфотонную полимеризацию — передовую технологию нанофабрикации, где сфокусированный лазер с высокой точностью отверждает фоточувствительный материал. Затем наносится тонкий металлический слой, обеспечивающий электрическую функциональность для сложных 3D-геометрий и приводов, исключая необходимость ручной сборки или складывания.

Разработанные microDelta-роботы, высотой всего 1.4 мм и 0.7 мм, стали самыми маленькими и быстрыми Delta-роботами, когда-либо продемонстрированными. Исследователи подтвердили, что уменьшение размеров робота повышает точность до уровня менее микрометра, увеличивает скорость до частот свыше 1 кГц и позволяет перемещать объекты, составляющие значительную долю массы самого робота.

Команда подчеркивает, что благодаря 3D-печати процесс итерации дизайна стал невероятно быстрым. Всего за несколько дней можно пройти через несколько версий дизайна, тогда как раньше это занимало недели или месяцы. Это открывает студентам широкие возможности для дальнейших улучшений, оптимизации таких параметров, как точность и рабочее пространство, а также для создания больших массивов microDeltas.

Коллеги из Робототехнического института уже используют массивы Delta-роботов для сложных манипуляций. Потенциал плотно упакованных массивов microDelta-роботов огромен: они могут обеспечить новые возможности для создания богатой тактильной обратной связи или выполнения ранее недоступных задач микроманипуляции.

«Устранение необходимости в сборке дает огромные преимущества в плане быстрой фабрикации и итерации дизайна», — отмечает Бергбрайтер. — «На больших масштабах исследователи могут собирать роботов из готовых компонентов. Мы не можем позволить себе такую роскошь в микромасштабе, где изготовление и соединение крошечных деталей является сложной задачей. Именно здесь новый процесс фабрикации демонстрирует свою исключительную полезность».