Существующие технологии массового производства далеки от гибкости, чтобы их можно было применять к малосерийным устройствам, поэтому по-прежнему обильно используется человеческий труд. Смогут ли роботы размером с муравья решить эту проблему?
Группа Аннхое Вонг Фоя (Annjoe Wong-Foy) из SRI International (США) создаёт роботов, собирающих сложные структуры на манер термитов: примерно сантиметрового размера дроны буквально «носят палочки», обходя препятствия. Чем не механические муравьи, суетящиеся на благо укрепления муравейника!
Как всё это работает? Микророботы управляются магнитным полем, направляющим их из одной точки в другую, и пока их строительные успехи тоже скорее «микро»: башни по 30–60 см, выполненные из углеродных стерженьков, и другие платформы, способные выдержать килограммовый груз. К плюсам робомуравьев следует отнести их универсальность: «существа» одинаково хорошо действуют со стеклянными, металлическими, деревянными и, разумеется, электронными компонентами. Им даже удаются ферменные конструкции из углеродных палочек со светодиодными огоньками, игравшие в лаборатории г-на Вонг Фоя роль новогодней ёлки.
«Мы можем развернуть куда больше подобных роботов при малых затратах», — полон энтузиазма глава коллектива микророботостроителей. Очень многие электронные компоненты по размерам идеально подходят для обработки такими аппаратами, и их первоочередным применением исследователи считают сборку деталей на платах. Пока, разумеется, лишь экспериментальную: разработчики собираются поделиться своей платформой с другими научно-исследовательскими командами, чтобы максимально точно определить сильные и слабые стороны своего детища и потенциальные области его применения.
Это не совсем универсальные роботы: перед нами просто маленькие магнитные платформы с «руками» из проволоки, способные оперировать лишь на специально развёрнутой для них магнитной поверхности. Индукционные катушки под ней должны быть близки к роботам, что ограничивает их бурную деятельность в целом двумерными, плоскими «трудовыми местами». Печатная плата тут проблем, вероятно, не вызовет, а вот с трёхмерными объектами пока не всё ладится:
Но простота — это и сильная сторона микророботов: по сути, их «руки» закреплены неподвижно, и движутся они только тогда, когда микроаппарат начинает действовать, поворачиваясь вместе со всей платформой отдельного устройства. Тем не менее использование нескольких типов проволочных «рук» позволяет реализовывать самые сложные виды работ. Наконец, они довольно быстры: 73 таких робота могут собирать электронику со скоростью 19 движений в секунду каждый, что позволяет всему коллективу делать 1 386 движений в секунду. Всё это обещает довольно высокую производительность труда, сравнимую с массовым производством, а не с ручной сборкой.
Базовая сборочная операция может быть, например, такой: первый робот толкает рычажок для высвобождения углеродных палочек размером с зубочистку из их связки. Другой погружает свои «руки» в воду, аккумулируя на конце манипуляторов по капле воды. Затем, используя поверхностное натяжение воды, весьма действенное на микромасштабах, он поднимает отдельную палочку. Третий микророрбот погружает конечности в ванночки с клеем и касается ими поверхности под тем местом, к которому будут клеиться палочки. Потом второй роботруженик прижимает палочку и ждёт включения ультрафиолетовый лампочки, вызывающей почти молниеносное отвердение клея. После чего цикл повторяется, только вместо платы №1 появляется заготовка для платы №2.
Как и 3D-принтеры, микророботы обещают более высокую экономическую эффективность изготовления сложных структур сравнительно малыми сериями, значительно более дешёвыми, чем нынешнее массовое производство. Собирающие устройства можно легко перепрограммировать на выполнение иной задачи, и при этом они очень недороги. И уж тем более подобная сборка будет дешевле ручной, часто применяемой при создании прототипов электронных устройств или их малых серий.
Ещё более полезными новые роботы видятся в производстве оптоэлектроники. «Тут пока не удалось найти эффективного пути интеграции индий-фосфидных лазеров с кремниевыми компонентами, — замечает г-н Вонг Фой. — К счастью, размеры этих компонентов совпадают с теми углеродными палочками, что используют наши роботы».
Подготовлено по материалам Technology Review. Александр Березин
Как всё это работает? Микророботы управляются магнитным полем, направляющим их из одной точки в другую, и пока их строительные успехи тоже скорее «микро»: башни по 30–60 см, выполненные из углеродных стерженьков, и другие платформы, способные выдержать килограммовый груз. К плюсам робомуравьев следует отнести их универсальность: «существа» одинаково хорошо действуют со стеклянными, металлическими, деревянными и, разумеется, электронными компонентами. Им даже удаются ферменные конструкции из углеродных палочек со светодиодными огоньками, игравшие в лаборатории г-на Вонг Фоя роль новогодней ёлки.
На вид просто непритязательные квадратики, однако вскоре они смогут составить конкуренцию такому универсальному устройству, как человек. (Фото SRI International.)
«Мы можем развернуть куда больше подобных роботов при малых затратах», — полон энтузиазма глава коллектива микророботостроителей. Очень многие электронные компоненты по размерам идеально подходят для обработки такими аппаратами, и их первоочередным применением исследователи считают сборку деталей на платах. Пока, разумеется, лишь экспериментальную: разработчики собираются поделиться своей платформой с другими научно-исследовательскими командами, чтобы максимально точно определить сильные и слабые стороны своего детища и потенциальные области его применения.
Это не совсем универсальные роботы: перед нами просто маленькие магнитные платформы с «руками» из проволоки, способные оперировать лишь на специально развёрнутой для них магнитной поверхности. Индукционные катушки под ней должны быть близки к роботам, что ограничивает их бурную деятельность в целом двумерными, плоскими «трудовыми местами». Печатная плата тут проблем, вероятно, не вызовет, а вот с трёхмерными объектами пока не всё ладится:
Но простота — это и сильная сторона микророботов: по сути, их «руки» закреплены неподвижно, и движутся они только тогда, когда микроаппарат начинает действовать, поворачиваясь вместе со всей платформой отдельного устройства. Тем не менее использование нескольких типов проволочных «рук» позволяет реализовывать самые сложные виды работ. Наконец, они довольно быстры: 73 таких робота могут собирать электронику со скоростью 19 движений в секунду каждый, что позволяет всему коллективу делать 1 386 движений в секунду. Всё это обещает довольно высокую производительность труда, сравнимую с массовым производством, а не с ручной сборкой.
Микророботов в наше время разрабатывают многие, однако большинство из них либо слишком сложны, либо недостаточно функциональны. (Фото University of Sheffield.)
Базовая сборочная операция может быть, например, такой: первый робот толкает рычажок для высвобождения углеродных палочек размером с зубочистку из их связки. Другой погружает свои «руки» в воду, аккумулируя на конце манипуляторов по капле воды. Затем, используя поверхностное натяжение воды, весьма действенное на микромасштабах, он поднимает отдельную палочку. Третий микророрбот погружает конечности в ванночки с клеем и касается ими поверхности под тем местом, к которому будут клеиться палочки. Потом второй роботруженик прижимает палочку и ждёт включения ультрафиолетовый лампочки, вызывающей почти молниеносное отвердение клея. После чего цикл повторяется, только вместо платы №1 появляется заготовка для платы №2.
Как и 3D-принтеры, микророботы обещают более высокую экономическую эффективность изготовления сложных структур сравнительно малыми сериями, значительно более дешёвыми, чем нынешнее массовое производство. Собирающие устройства можно легко перепрограммировать на выполнение иной задачи, и при этом они очень недороги. И уж тем более подобная сборка будет дешевле ручной, часто применяемой при создании прототипов электронных устройств или их малых серий.
Ещё более полезными новые роботы видятся в производстве оптоэлектроники. «Тут пока не удалось найти эффективного пути интеграции индий-фосфидных лазеров с кремниевыми компонентами, — замечает г-н Вонг Фой. — К счастью, размеры этих компонентов совпадают с теми углеродными палочками, что используют наши роботы».
Подготовлено по материалам Technology Review. Александр Березин
Комментариев нет:
Отправить комментарий