Научный сотрудник Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе Марсель Шук разрабатывает инновационный метод, который позволит роботам перемещать небольшие объекты, не притрагиваясь к ним.
Обычно промышленные роботы узкоспециализированы. Каждый из них может удерживать и обрабатывать определённые детали. Отдельные модели оснащаются манипулятором со сменными захватами, но даже они порой не могут справиться с объектами нестандартной формы.
Марсель Шук изучает возможности манипулятора принципиально иной конструкции. Его захват представляет собой две полусферы, в каждой из которых размещён массив миниатюрных динамиков.
Вместе они создают ультразвуковые волны, распространяющиеся в противоположных направлениях. Их интерференция приводит к формированию стоячей волны, которая и удерживает небольшой предмет в воздухе.
Данное явление получило название «акустическая левитация». С её помощью можно, например, удерживать каплю над ультразвуковым излучателем. Звуковое давление компенсирует гравитацию, и капля висит в воздухе почти неподвижно (а если присмотреться, то видно как она дрожит).
При всей своей красоте, акустическая левитация не находила практического применения из-за множества инженерных ограничений. До сих пор удавалось генерировать лишь примитивную стоячую волну, которая удерживает лёгкие предметы, чья форма близка к идеальной сферической.
В реальности мы имеем дело с объектами разной формы. К тому же, всегда происходят потери энергии, а при передвижениях – ещё и какие-то нерасчётные отражения, что приводит к образованию бегущей волны. Ей управлять гораздо сложнее.
Для эффективного удержания микровинта, шестерёнки, или другого миниатюрного предмета требуется быстрая (за доли секунды) перестройка общего акустического фронта, иначе объект упадёт.
При помощи 3D-принтера Марсель Шук изготовил две глубоких полусферы, в каждой из которых разместил четыре ряда ультразвуковых излучателей. Вместе с коллегами он подобрал управляющие одноплатные компьютеры и написал программное обеспечение, корректирующее работу массива излучателей в реальном времени.
Он рассчитывает, что современный акустический захват найдёт применение в фармацевтической промышленности, лабораторных исследованиях и на линиях сборки, где требуется максимально аккуратное обращение с мелкими предметами.
