哈佛开发出硬币大小的微型机器人,可完成外科显微手术

2018-01-25   来源:未知   点击:
哈佛大学Wyss生物创新工程研究所和John A. Paulson工程与应用科学学院(SEAS)的Robert Wood团队最近已开发出“milliDelta”机器人。
上世纪80年代,“Delta机器人之父” Reymond Clavel教授为一家巧克力工厂开发出Delta的第一个版本,该机器人拥有三个独立控制的轻量手臂,引导一个平台在三个方向上快速准确地移动,从而高效包装巧克力果糖。此后的近30年时间里,Delta机器人凭借精度高、速度快,被广泛用于取放组装、机械加工、焊接、食品包装等工业流程中。
目前,Delta机器人已经步入了“毫米级”时代。据哈佛大学官网消息,哈佛大学Wyss生物创新工程研究所和John A. Paulson工程与应用科学学院(SEAS)的Robert Wood团队最近已开发出一款新的设计,被称为“milliDelta”机器人。相关成果发表在国际顶级学术期刊《科学》(Science)于2016年底正式创刊的《科学· 机器人学》(Science Robotics)。
值得一提的是,Delta机器人问世以来,如何设计出更小尺寸的机器人一直是工程师们的挑战,业界一度认为将其尺寸缩小到毫米级是一项不可能完成的任务。哈佛大学官网称,Robert Wood团队开发的milliDelta正是克服了小型化挑战。
机器人,milliDelta机器人
milliDelta 机器人诞生的灵感来源于立体书和折纸。受此启发,Robert Wood团队在2011年开发了一种微制造法,可以将平板复合材料组装成机器人。弹出式微电子机械系统(MEMS)制造目前已经被用于构建动态厘米级机器,飞行机器人RoboBee即用了该原理。
在Robert Woo团队的最新这项研究中,他们用微制造法开发了尺寸仅为15毫米×15毫米×20毫米的milliDelta机器人。这也就意味着,milliDelta机器人不过如一枚硬币般大小,可以直接被放进零钱包里。
研究团队通过整合精密加工技术和高性能复合材料,使milliDelta集成了弯曲接头和弯曲制动器,从而快速、有力地在微米精度下进行操作。这些特点帮助milliDelta可以胜任制造业和医药行业中一系列需要精密操控的任务。
Wyss研究所核心成员Wood表示,“缩放物理学告诉我们,缩小Delta机器人的尺寸可以提高它们的速度和加速度,弹出式MEMS制造法能够使用任何材料或复合材料,或许是解决这个问题的理想途径。”Wood同时表示,“这种方法也使得我们能够快速完成许多迭代,最终开发出milliDelta。”
milliDelta的设计采用具有嵌入式弯曲关节的复合材料层板,其复杂性接近于大型Delta机器人。论文的第一作者Hayley McClintock表示,“在装配夹具的帮助下,这种层压板可以精确地折叠成毫米级的Delta机器人。milliDelta还利用压电致动器,这样和现有的Delta机器人相比,它们的移动频率可以快15至20倍。”
据McClintock描述,“现有的 Delta 机器人只能在几赫兹的频率下工作,而 milliDelta 机器人的表现十分抢眼,它已经能在高达 75 赫兹的频率下绘制圆圈。”
此外,研究团队还展示出,milliDelta可以在一个仅7立方毫米的工作区内操作,可以施加作用力并显示出轨迹,这些都使其成为工业取放过程中精密操控的理想选择,以及进行例如人类视网膜显微手术这样的的显微外科手术。
研究团队还对milliDelta进行了显微外科手术和其他精密操控的首次测试,挖掘它们作为手颤抖消除装置的潜力。论文的共同第一作者Fatma Zeynep Temel博士说,“我们首先绘制了某个人拿着牙签尖端的路径,计算出这些路径,然后将它们输入milliDelta机器人,机器人就能够匹配和取消它们。”
研究人员认为,专业的milliDelta机器人既可以添加到现有的机器人设备上,也可以开发为独立的设备,例如在科学研究和临床实验室中操作细胞的平台。
 
来源:澎湃新闻
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