Микрозахваты: новый уровень манипуляций с мини-объектами

В мире миниатюрной электроники и сложных микрообъектов требуется особая точность. Исследователи из Университета Йокогамы успешно разработали машину, способную выполнять деликатные манипуляции, распознавая и классифицируя объекты с помощью машинного обучения.

Современные технологии привели к миниатюризации множества механических, электронных, химических и биомедицинских продуктов. Это, в свою очередь, требует развития новых подходов к транспортировке крошечных компонентов. Традиционные микрозахваты, основанные на трении или пневматике, могут быть разрушительными и повреждать мелкие, хрупкие и сложноформенные объекты.

Чтобы решить эту проблему, исследователи представили беспироновую и бесконтактную систему, использующую микрозахваты на основе капиллярных сил, управляемые машинным обучением. Эта инновационная разработка позволяет поднимать и перемещать мельчайшие компоненты и объекты без риска их повреждения.

Капиллярные микрозахваты могут найти применение во многих областях, помимо миниатюрной электроники. К ним относятся классификация микроокаменелостей в геологии, манипуляции с клетками в биологии и точная сортировка мельчайших, хрупких и сложноформенных деталей.

Исследование, опубликованное в журнале Advanced Intelligent Discovery, демонстрирует успешное применение капиллярных микрозахватов с машинным обучением для классификации объектов. Система машинного обучения, интегрированная с микрозахватами, значительно снижает трудоемкость процессов категоризации и сортировки объектов размером менее миллиметра. В ходе экспериментов было успешно обработано 60 объектов из четырех различных категорий со средним временем выполнения операции 86 секунд.

Принцип работы капиллярных захватов основан на капиллярном мостике – тонком слое жидкости, соединяющем две поверхности. Благодаря поверхностному натяжению жидкости создается сила, позволяющая выполнять деликатные манипуляции. В предыдущих исследованиях использовались только простые объекты размером более миллиметра. Новая разработка успешно справляется с объектами субмиллиметрового размера и сложной формы.

Исследователи обнаружили, что меньший объем жидкости, используемый для создания капиллярного мостика, повышает стабильность захватов и снижает ошибку позиционирования. Это объясняется тем, что с уменьшением объема капли увеличивается капиллярная сила.

«Наше исследование показывает, что интеграция капиллярных микрозахватов с машинным обучением позволяет создать автоматизированную систему классификации и размещения субмиллиметровых объектов сложной формы и хрупкости», – отметил Оми Фучиваки, доцент Университета Йокогамы и автор исследования.

Дальнейшие планы включают сокращение времени выполнения задач, в том числе путем интеграции электрических нагревательных элементов для ускорения процесса размещения, а также расширение списка совместимых жидкостей. Это откроет новые возможности для применения технологии, например, в классификации микроокаменелостей или манипуляциях с биологическими клетками.

«Наша конечная цель – создать надежную технологию автоматической классификации и размещения субмиллиметровых объектов сложной формы. Она найдет применение не только в геологической, медицинской и прецизионной инженерии, но и в воссоздании традиционных ремесел, таких как искусство из диатомовых водорослей, которое ранее требовало ручного труда», – добавил Фучиваки.

Эти инструменты и сопутствующие исследования важны для развития автоматизированных микроманипуляций, позволяя решать трудоемкие, дорогостоящие и времязатратные задачи, которые ранее выполнялись вручную или с помощью традиционных методов.