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Completamente desdobrado, o miliDelta se compara aproximadamente a uma moeda de um centavo e pode realizar movimentos em frequências 15 a 20 vezes mais altas do que as de outros robôs Delta disponíveis atualmente. Crédito: Wyss Institute da Universidade de Harvard
Devido à sua alta precisão e velocidade, os robôs Delta são implantados em muitos processos industriais, incluindo montagens pick-and-place, usinagem, soldagem e embalagem de alimentos. Começando com a primeira versão que Reymond Clavel desenvolveu para uma fábrica de chocolate para colocar rapidamente bombons de chocolate em suas embalagens, os robôs Delta usam três braços leves e controlados individualmente que guiam uma plataforma para se mover com rapidez e precisão em três direções. A plataforma pode ser utilizada como palco, semelhante aos utilizados em simuladores de vôo, ou acoplada a um dispositivo de manipulação que pode, por exemplo, agarrar, mover e soltar objetos em padrões prescritos. Com o tempo, os roboticistas projetaram robôs Delta cada vez menores para tarefas em espaços de trabalho limitados, mas reduzi-los ainda mais à escala milimétrica com técnicas e componentes de fabricação convencionais se mostrou infrutífero.
Relatado na Science Robotics, um novo design, o robô milliDelta, desenvolvido pela equipe de Robert Wood no Instituto Wyss de Engenharia Biologicamente Inspirada de Harvard e na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas John A. Paulson (SEAS), supera esse desafio de miniaturização. Ao integrar sua técnica de microfabricação com materiais compósitos de alto desempenho que podem incorporar juntas flexurais e atuadores de flexão, o milliDelta pode operar com alta velocidade, força e precisão micrométrica, o que juntos o torna compatível com uma variedade de tarefas de micromanipulação na fabricação e na medicina.
Em 2011, inspirada em livros pop-up e origami, a equipe de Wood desenvolveu uma abordagem de microfabricação que permitiu a montagem de robôs a partir de folhas planas de materiais compósitos. A fabricação de MEMS pop-up (abreviação de sistemas microeletromecânicos) tem sido usada desde então para construir máquinas dinâmicas em escala centimétrica que podem simplesmente se afastar ou, como no caso do RoboBee, voar. Em seu novo estudo, os pesquisadores aplicaram sua abordagem para desenvolver um robô Delta medindo apenas 15 por 15 por 20 mm.
“A física do dimensionamento nos disse que reduzir o tamanho dos robôs Delta aumentaria sua velocidade e aceleração, e a fabricação de MEMS pop-up, com sua capacidade de usar qualquer material ou combinação de materiais, parecia uma maneira ideal de atacar esse problema. ” disse Wood, que é membro do corpo docente do Wyss Institute e co-líder de sua plataforma Bioinspired Robotics, e professor de Engenharia e Ciências Aplicadas de Charles River no SEAS. “Essa abordagem também nos permitiu passar rapidamente por uma série de iterações que nos levaram ao miliDelta final.”
Este vídeo explica brevemente como o robô milliDelta é construído e como funciona. Crédito: Wyss Institute da Universidade de Harvard
O design do milliDelta incorpora uma estrutura laminada composta com juntas flexurais incorporadas que se aproximam das juntas mais complicadas encontradas em robôs Delta de grande escala. “Com a ajuda de um gabarito de montagem, esse laminado pode ser dobrado com precisão em um robô Delta em escala milimétrica. O milliDelta também utiliza atuadores piezoelétricos, que lhe permitem realizar movimentos em frequências 15 a 20 vezes maiores do que as de outros robôs Delta atualmente disponíveis”, disse a primeira autora Hayley McClintock, pesquisadora do Wyss Institute Staff na equipe de Wood.
Além disso, a equipe demonstrou que o milliDelta pode operar em um espaço de trabalho de cerca de 7 milímetros cúbicos e que pode aplicar forças e exibir trajetórias que, juntamente com suas altas frequências, poderiam torná-lo ideal para micromanipulações em processos industriais de pick-and-place. e cirurgias microscópicas, como microcirurgias de retina realizadas no olho humano.
Colocando em primeiro teste o potencial do milliDelta para microcirurgias e outras micromanipulações, os pesquisadores exploraram seu robô como um dispositivo de cancelamento de tremores nas mãos. “Primeiro mapeamos os caminhos que a ponta de um palito circunscreveu quando segurado por um indivíduo, calculamos esses caminhos e os alimentamos no robô miliDelta, que foi capaz de combiná-los e cancelá-los”, disse a co-autora Fatma Zeynep Temel, um pós-doutorado na equipe de Wood. Os pesquisadores acreditam que robôs miliDelta especializados poderiam ser adicionados a dispositivos robóticos existentes ou desenvolvidos como dispositivos autônomos, como plataformas para a manipulação de células em laboratórios clínicos e de pesquisa.
Referência: “The milliDelta: Um robô Delta de alta largura de banda, alta precisão e escala milimétrica” por Hayley Mcclintock, Fatma Zeynep Temel, Neel Doshi, Je-Sung Koh e Robert J. Wood, 17 de janeiro de 2018, Robótica Científica.
DOI: 10.1126/scirobotics.aar3018