Il pioniere dell'ETH Marcel Schuck sta sviluppando una pinza robotica in grado di manipolare oggetti piccoli e fragili senza toccarli. La tecnologia si basa sulle onde sonore.

La piccola installazione che Marcel Schuck ha montato sul suo banco da lavoro ricorda una lezione di fisica scolastica:un arrangiamento, composto da due semisfere e somigliante a un paio di cuffie, è collegato a un circuito stampato che trasporta microchip. Sta usando l'assemblea per dimostrare un effetto fisico. Una piccola sfera si libra tra le due semisfere, sostenuta dalle onde ultrasoniche. "Questo fenomeno è noto come levitazione acustica, " spiega lo scienziato.

Come parte della sua borsa di studio Pioneer ETH, l'ex dottorando dell'ETH sta attualmente sviluppando un metodo che consente di sollevare e manipolare piccoli oggetti interamente senza toccarli. Ciò è particolarmente rilevante in situazioni in cui i danni a piccoli componenti costano denaro, come nell'industria dell'orologeria o dei semiconduttori.

Le pinze robotiche convenzionali sono soggette a danneggiare oggetti fragili. Per contrastare questo, morbido, si possono usare pinze simil-gomma. Sebbene questi non causino danni, sono facilmente contaminabili, come una gomma da cancellare ben usata. Inoltre, queste morbide pinze robotiche offrono solo una precisione di posizionamento limitata.

Afferrare senza toccare:questo è il principio alla base del progetto di Schuck, "Robotica senza contatto". La tecnologia si basa su un effetto che è stato sfruttato per più di 80 anni ed è stato utilizzato per la prima volta nell'esplorazione dello spazio. Le onde ultrasoniche generano un campo di pressione che gli esseri umani non possono vedere o sentire. I punti di pressione vengono creati quando le onde acustiche si sovrappongono l'una all'altra, e piccoli oggetti possono essere intrappolati all'interno di questi punti. Di conseguenza, sembrano fluttuare liberamente nell'aria, in una trappola acustica.

Benefici economici

L'installazione nel suo laboratorio è il prototipo del prodotto che Schuck vuole sviluppare:una pinza robotica a controllo elettronico tramite ultrasuoni. Lo scienziato di 31 anni ha inserito nelle due semisfere numerosi piccoli altoparlanti, creato utilizzando una stampante 3D. Il software associato consente a Schuck di controllare gli altoparlanti in modo tale che i punti di pressione possano essere spostati. L'obiettivo è cambiare la loro posizione in tempo reale senza che l'oggetto sospeso cada a terra. Questo particolare aspetto è oggetto di ricerca da parte del dottorando dell'ETH Marc Röthlisberger, che condivide un laboratorio al Technopark Zurich con Schuck e Christian Burkard, uno studente di master.

Semplicemente utilizzando la tecnologia esistente, gli scienziati sono in grado di spostare vari piccoli oggetti attraverso lo spazio. Il software adatta la pinza alla forma dell'oggetto da sollevare, e un braccio robotico quindi trasporta l'oggetto alla destinazione di destinazione.

Il principio della presa senza toccare ha anche un vantaggio economico:quando si lavora con un robot convenzionale, è necessaria una pinza diversa per quasi ogni nuova forma. La pinza acustica elimina la necessità di un ampio set di costose pinze ad alta precisione. Non è nemmeno necessario che il braccio del robot stesso sia estremamente preciso:"Il posizionamento esatto è determinato dalle onde acustiche controllate dal software, "Shuck spiega.

Inizialmente, Schuck vuole utilizzare i fondi della sua borsa di studio pionieri dell'ETH per determinare come vengono impiegate in pratica le pinze robotiche. "L'obiettivo principale è esplorare i potenziali campi di applicazione e aprire le porte all'interno dell'industria, " dice Schuck. È probabile che l'innovazione interessi l'industria dell'orologeria, dove la micromeccanica altamente precisa è essenziale per la manipolazione di componenti minuti e costosi. "Ruote dentate, Per esempio, vengono prima ricoperti di lubrificante, e quindi viene misurato lo spessore di questo strato di lubrificante. Anche il minimo tocco potrebbe danneggiare la sottile pellicola di lubrificante." La produzione di microchip potrebbe essere un altro mercato interessante per la tecnologia di Schuck.

Schuck sta usando alcuni dei 150, 000 franchi svizzeri dalla borsa di studio per creare una sorta di "kit di sviluppo" per i potenziali clienti. Questo contiene una pinza robot, software di controllo, e istruzioni. Schuck sottolinea che ancora non sa come sarà il prodotto finale. "Dipende dal feedback che ricevo dall'industria". Spera di trovare alcune parti interessate che collaborino con lui all'ulteriore sviluppo della pinza acustica. Da una parte, ciò dovrebbe contribuire a soddisfare le esigenze di mercato esistenti. D'altra parte, Schuck desidera che la tecnologia funzioni non solo in laboratorio, ma nel mondo reale. Se riuscirà a farcela entro la primavera del 2021, Schuck ritiene che dovrebbe essere in grado di creare una start-up basata sulla sua geniale idea imprenditoriale.