Die Suche nach vielseitigen und anpassungsfähigen Systemen ist eine treibende Kraft in der Robotikforschung. Herkömmliche Robotersysteme sind auf feste Strukturen angewiesen, was ihre Anpassungsfähigkeit in dynamischen Umgebungen einschränkt. Wenn Roboter ihre Form und Funktion bei Bedarf neu konfigurieren könnten, wären sie in verschiedenen Umgebungen nützlicher. Anuruddha Bhattacharjee, der seinen Doktor in Maschinenbau im BAST-Labor (Biological, Actuation, Sensing, and Transport) an der Southern Methodist University machte, entwickelte modulare Roboterwürfel, die mit magnetischen Verbindungsstücken und eingebetteten Magneten ausgestattet waren, so dass sie interagieren und verschiedene Konfigurationen bilden konnten. Diese modularen Roboterwürfel wurden drahtlos mit einer externen magnetischen Steuerung manipuliert, was neue Wege für rekonfigurierbare Robotersysteme im Milli- und Mikrobereich eröffnet.
Entwurf des modularen Roboters
Dr. Bhattacharjee musste funktionale modulare Würfel mit eingebetteten Magneten entwerfen und herstellen, die mit einer externen elektromagnetischen Steuerung manipuliert werden konnten. Die Würfel hatten 2 mm breite Kanten mit zehn 300-µm-Löchern für die eingebetteten Magneten. Damit die Würfel ordnungsgemäß funktionieren, waren präzise Mikrolöcher in den Seitenflächen erforderlich, in die die Magnete eingebettet werden konnten. Das Team wandte sich dem hochpräzisen 3D-Druck mit Projektionsmikro-Stereolithografie (PµSL) zu, um die Würfel mit den präzisen Mikrolöchern herzustellen.
Kabellose Steuerung der Würfel
Nachdem die funktionalen modularen Würfel mit eingebetteten Magneten hergestellt worden waren, wurden sie in einer elektromagnetischen triaxialen Helmholzspulen-Anordnung für die kontrollierte Selbstmontage, die bedarfsgesteuerte Demontage und die Neukonfiguration getestet. Die präzise Bewegung der einzelnen Würfel ist entscheidend für die erfolgreiche Selbstmontage der modularen Roboter. Die präzise Bewegung hängt von der Genauigkeit der Herstellung des Würfels ab. Die meisten Standard-3D-Drucker bieten nicht die erforderliche Präzision und Genauigkeit. Mit dem microArch S140 konnte Dr. Bhattacharjee den Würfel schnell und mit genauen Abmessungen herstellen.
"Innerhalb von nur zwei Wochen haben wir unsere 3D-gedruckten Teile erhalten. Der microArch S140 hat die exakten Abmessungen auf der Grundlage unserer Konstruktionsdatei hergestellt. Die effektive Kommunikation des BMF-Teams ermöglichte es uns, unseren Forschungsprozess zu beschleunigen und früher als erwartet Ergebnisse zu erzielen. Angesichts der effizienten Kommunikation, Produktlieferung und Reaktionsfähigkeit empfehlen wir BMF als zuverlässigen Partner für eine langfristige Zusammenarbeit."
- Anuruddha Bhattacharjee, Ph.D., Southern Methodist University Labor für Biologie, Antrieb, Sensorik und Transport
Die Zukunft
Die rekonfigurierbaren modularen Roboter können drahtlos mit einer externen magnetischen Steuerung manipuliert und auf Befehl selbst zusammengebaut oder zerlegt werden. Die mit der PµSL-Technologie hergestellten kleinen Würfel und die Verfügbarkeit von biokompatiblen Materialien eröffnen Möglichkeiten für den Einsatz magnetischer modularer Roboter für chirurgische Werkzeuge und biomedizinische Anwendungen.
