Miniaturisatie in de robotica houdt in dat de omvang van robots en hun componenten wordt verkleind en tegelijkertijd hun kracht wordt vergroot. Het gaat erom sensoren, computers, energiebeheer en actuatoren in een kleiner formaat te plaatsen zonder dat dit ten koste gaat van precisie of betrouwbaarheid.
Deze nieuwe machines kunnen taken uitvoeren op plaatsen die te klein zijn voor grotere machines of mensen om te bereiken, waardoor ze optimaal zijn voor fabrieken, ziekenhuizen en mijnen.
Voordelen van compacte robotsystemen
De verschuiving naar miniaturisering biedt aanzienlijke voordelen en wordt daarom op veel wetenschappelijke en industriële gebieden ontwikkeld en gebruikt.
Verbeterde snelheid en nauwkeurigheid
Kleinere componenten zijn van nature lichter. Deze verminderde massa zorgt voor een veel snellere acceleratie en vertraging.
Wanneer spelingen, buiging en speling op kleinere schaal worden geminimaliseerd, neemt de precisie toe. Bij micro-assemblage of inspectie vertaalt dit zich in een strakkere spoorvolging, kortere cycli en minder overschrijding.
Verbeterde efficiëntie en lagere kosten
Kleinere pakketten verbruiken doorgaans minder stroom en gebruiken minder materialen, waardoor de productie- en operationele kosten dalen. Bedrijven die de automatisering willen opschalen, beschouwen compacte robots als een betaalbare en duurzame oplossing die waardevolle vloerruimte kan besparen in fabrieken, laboratoria, magazijnen en andere faciliteiten.
Grotere bereikbaarheid en mobiliteit
Compacte robots kunnen plaatsen bereiken waar grotere machines niet kunnen komen. Gekooide inspectiedrones wringen zich zonder problemen door kanalen, tanks en vaten.
Laboratoria en transportafdelingen hebben kooi-beschermde onbemande luchtvaartuigen (UAV's) gebruikt voor beeldvorming van bruggen en besloten- ruimtes, waarbij GPS wordt geweigerd en menselijke toegang langzaam of gevaarlijk zou zijn. Miniatuurgrondrobots en werpbots-verkennen op dezelfde manier krappe interieurs voordat mensen volgen.
De technologie achter miniaturisatie in robotica
Deze verschuiving naar kleinere robots is gebaseerd op decennialange vooruitgang op het gebied van engineering op micro-schaal. Belangrijke elektronische componenten hebben de compacte robots van vandaag mogelijk gemaakt.
Vooruitgang op het gebied van MEMS
Micro-elektro-mechanische systemen (MEMS) zorgen ervoor dat detectie en bediening op chip-schaal routine wordt. Ze integreren kleine mechanische elementen, sensoren en elektronica op een enkele siliciumchip, die functioneert als de ‘ogen en oren’ van kleine robots.
Omdat ze klein en energiezuinig-efficiënt zijn, zijn MEMS geschikt voor autonome systemen. Universitaire programma's schetsen hoe MEMS nu traagheidsdetectie, omgevingsmonitoring, microfluïdica en zelfs lichte besturing omvatten - allemaal in afmetingen en kosten die passen in miniatuurbots.
De rol van de microcontroller
Het besturingssysteem is het brein, en bij miniatuurrobots is dit de microcontroller. Een microcontroller is een compleet computersysteem op één enkel geïntegreerd circuit dat een processor, geheugen en invoer-/uitvoerrandapparatuur bevat. Het kan als een enkele eenheid worden uitgevoerd voor real-signaalverwerking, wat essentieel is voor taken zoals het balanceren of navigeren door obstakels.
Dit concept strekt zich uit tot zachte robotica. Zachte structuren passen zich aan oppervlakken aan, verdelen de spanning over een groter volume en verminderen de impactkracht efficiënt. Dergelijke strategieën zijn aantrekkelijk voor het ontwerpen en bouwen van systemen die een reeks fragiele of onregelmatig gevormde objecten kunnen hanteren of rond mensen kunnen opereren. Het doel is om bio-geïnspireerde robots te creëren die adaptieve en flexibele interacties met onvoorspelbare omgevingen mogelijk maken.
Miniaturisatietoepassingen in de echte-wereld
Het zijn spannende tijden en verschillende bedrijven lopen voorop met hun eigen versies van krachtige, compacte robots. Hier zijn enkele voorbeelden.
Medische en gezondheidszorgtoepassingen
De chirurgische robots van Medtronic
Medtronic ontwikkelt robot-geassisteerde operatieplatforms en heeft zich sinds de overname van Mazor Robotics gericht op systemen voor wervelkolom- en hersenprocedures. Het heeft vooruitgang geboekt op het gebied van zachte, bestuurbare en vormveranderende katheters en instrumenten voor cardiale en endovasculaire behandelingen.
Het doel van het bedrijf is om robotkatheters te ontwikkelen die onder beeldbegeleiding van vorm kunnen veranderen om door kloppende-hartomgevingen te navigeren.
Intuïtief chirurgisch da Vinci-systeem
Het da Vinci Chirurgisch Systeem beschikt over de kracht van miniaturisatie op een andere schaal. Hoewel de robot van Intuitive Surgical zelf groot is, zijn de instrumenten klein. Met deze kleine hulpmiddelen kunnen chirurgen met gemak complexe, minimaal invasieve procedures uitvoeren, wat resulteert in minder trauma en sneller herstel van de patiënt.
Industrieel en productie
Mecademische Meca500
Mecademic zei dat de Meca500 een van 's werelds kleinste en meest nauwkeurige industriële robotarmen met zes- assen is voor het testen en inspecteren van micro-assemblages.
Het MIT Lincoln Laboratory heeft een microplasma-sputterkop gedemonstreerd die op een Meca500 is gemonteerd en waarmee elektronische materialen kunnen worden geprint. Dit illustreert hoe kleine armen de productieworkflows van laboratorium-werkbanken mogelijk maken. Ziekenhuizen en beeldvormingscentra zetten ook Meca500-eenheden in voor geautomatiseerde monsterverwerking.