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免接觸 聲夾爪用超音波拾起小元件


瑞士蘇黎世聯邦理工學院(ETH Zuerich)的ETH先鋒研究員(ETH Pioneer Fellowship)Marcel Schuck博士,正在進行一項不接觸機器人學計畫,發展運用超音波的聲夾爪,能完全無需碰觸即可撿起並移動各種形狀的小物 體。
根據The Robot Report報導, 傳統的機器人夾爪都存在抓取時易於造成脆弱物體損壞的風險, 因此通常採用軟質、類似橡膠的夾爪。不過,這類材質的夾爪會像橡皮擦一樣容易受到污染,定位的精準度也相當有限,且在處理不同形狀的物體時須搭配相對應的夾爪。不過若採用聲夾爪的話將可望解決相關問題,並能以單一夾爪取代多個昂貴專用高精密度夾爪。 超音波可產生人類無法看到或聽到的壓力場,而當聲波互相重疊時就會出現多個壓力點,這些壓力點所形成的聲陷阱,就可以讓身陷其中的小物體像是懸浮在空中般,聲懸浮的物理現象已被運用超過80年,最早是應用於太空探測。

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Marcel Schuck博士運用配備微晶片的電路板連接兩個內置揚聲器的半球體,來產生聲懸浮的物理現象,並以3D列印機製作各種小型揚聲器並置入兩個半球體中進行試驗,以產生超音波讓小物體能懸浮在兩個半球體之間, 最終目標是要開發出運用超音波的電動控制機器人夾爪產品,能即時改變物體位置且維持物體懸空。

目前的聲夾爪原型運用現有的聲懸浮技術,就能讓各種小物體懸空移動,內建軟體會根據物體的形狀,控制兩個半球體中的揚聲器,在適當位置透過聲波來產生壓力點讓物體保持懸空,並提供精確定位以控制機器人手臂將物體移動至目標位置,如此就不再需要各種處理不同形狀物體的高精密度夾爪與高精密度的機器手臂,因此非接觸式的聲夾爪極具經濟效益。 有些行業需要處理小零件或小元件,若是損壞會造成相當的損失,像是製錶業必須運用高精密度的微機械處理昂貴的微小元件,例如齒輪首先必須塗上一層潤滑油並測量薄膜厚度,但既使是最輕微的觸碰也可能破壞潤滑油薄膜。Marcel Schuck博士的非接觸式聲夾爪可望避免這類風險,應該會引起製錶業的興趣, 此外半導體製造業也是另一個可能的潛在市場。

Marcel Schuck博士初期將運用其ETH先鋒研究員所獲得的15萬瑞士法郎資助,來研究機器人夾爪在實際環境的部署方式,探索潛在的應用領域並作為進入產業的敲門磚。此外也將根據從產業界獲得的回饋,為潛在客戶製作一套包括機器人夾爪、控制軟體與指令的開發工具,以利客戶快速進行先導計畫與後續部署。Marcel Schuck博士希望能跟有興趣的組織合作進行聲夾爪的後續開發,一方面有助於發掘與滿足現有市場需求,再者也能促進相關技術的商業化應用。Marcel Schuck博士認為,如果能在2021 年春季達成這些目標,可望基於其商業想法來設立一個新創公司。

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