研究人员开发出超声波抓取器 可隔空取物的非接触式机器人抓手

随着各个行业中自动化和机器人技术的迅猛发展，人们对机器人抓爪的要求越来越高。通过使用声悬浮力，瑞士科学家近日开发出了一种无损伤和无污染的非接触式机器人抓手，用于处理高度易碎的物体。

苏黎世联邦理工学院的研究人员开发出了一种超声波抓取器，通过声波悬浮，该抓取器可以在零接触的情况下拾起和操纵小物体。这使得机器人能够处理易碎物品，例如精密手表零件。

这款设备由前ETH博士生马塞尔·舒克（Marcel Schuck）制作，作为其ETH先锋奖学金的一部分，该原型机由一个实验室工作台机械臂和一对3D打印的半球组成，这对半球形装置可以连接到载有微芯片的电路板上。

Marcel Schuck在抓手的两个半球形区域内安装了非常小的扬声器阵列，并配套了ETH博士生MarcRöthlisberger编写的软件，通过控制一系列微型扬声器，它们可以非常精准地控制超声波的频率和声压。

这种设计会产生某种压力波，可以将物体支撑起来，或者通过来自多个方向的压力波，使得物体保持在适当位置或控制其移动。

实际上这项无接触抓握技术是基于Schuck的项目“No-Touch Robotics”。Schuck的项目基于一种已经被开发了80多年的效应，并首次用于太空探索。

超声波会产生人类看不见且无法听到的压力场。当声波相互重叠时会产生压力点，并且小物体可能会被困在这些点内。最终，它们就会漂浮在空气中。

相较之下，常规的机械手容易损坏易碎物品，虽然这可以使用柔软的橡胶状抓手解决这个问题，但抓手很容易被污染，就像使用橡皮擦一样。此外，这些柔软的机械手能提供的定位精度非常有限。

目前该项技术的目的是实时更改其位置，而使悬浮物不会掉落到地面。ETH博士生MarcRöthlisberger正在研究这一特殊方面，他与Schuck和硕士生Christian Burkard在苏黎世科技园共用一个实验室进行这项研究。

非接触的抓握原理也具有经济利益：使用常规机器人工作时，几乎每种新形状都需要使用不同的抓手。声学抓手消除了对大量昂贵的高精度抓手的需求，甚至机械臂本身也不需非常精确，Schuck表示:“精确的位置取决于软件控制的声波。”

最初，Schuck希望利用他的ETH先锋奖学金的资金来确定在实践中如何部署机械手,主要目的是探索行业中潜在的应用领域。

这项创新技术可能会引起制表业的关注，因为高精度的微机械对于处理昂贵的微型零件至关重要。例如，齿轮先涂上润滑剂，然后再测量该润滑剂层的厚度。即使是最微弱的接触也可能损坏润滑剂薄膜。未来微型芯片的生产可能也是Schuck技术应用的领域。

Schuck也希望能找到一些感兴趣的团体，通过合作进一步发展声学抓爪。一方面，这应该有助于满足现有的市场需求。另一方面，Schuck渴望使这项技术不仅在实验室中工作，也能在现实世界中应用。如果能在2021年春季之前做到这一点，Schuck希望应该能够根据自己的商业想法建立一家初创企业。
编辑：hfy