声学抓手使机器人无需触摸即可操纵物体

　　马塞尔·舒克（Marcel Schuck）在他的工作台上组装的小型装置让人想起学校的物理课：将包含两个半球形并像一副耳机的装置连接到载有微芯片的电路板上。他正在使用装配体来演示物理效果。一个小球在两个半球之间盘旋，被超声波阻挡。科学家解释说：“这种现象被称为声悬浮。”

　　作为他的ETH先锋奖学金的一部分，这位前ETH博士生目前正在开发一种方法，该方法可以完全抬起和操纵小物体而不接触它们。这在制表或半导体行业中损坏小零件要花钱的情况下尤其重要。

　　常规的机械手容易损坏易碎物品。为了解决这个问题，可以使用柔软的橡胶状抓手。尽管这些不会造成损坏，但它们很容易被污染，就像使用良好的橡皮擦一样。此外，这些柔软的机械手仅提供有限的定位精度。

　　摸索不碰：这是Schuck的项目``No-Touch Robotics''的原理。该技术基于一种已被开发了80多年的效应，并首次用于太空探索。超声波会产生人类看不见或无法听到的压力场。当声波相互重叠时会产生压力点，并且小物体会被困在这些点内。结果，它们似乎在声学陷阱中自由漂浮在空气中。

　　声音抓取器可以在空间中移动小物体。该软件将抓具调整为要举起的物体的形状，然后由机械臂将物体运输到目标位置。图片来源：ETHZürich/ Stefan Weiss

　　声爪的经济利益

　　他实验室中的装置是Schuck想要开发的产品的原型：使用超声波的电子控制机器人夹具。这位31岁的科学家将使用3D打印机创建的两个半球形的扬声器安装了许多小型扬声器。关联的软件允许Schuck控制扬声器，以使压力点可以移动。

　　目的是实时更改其位置，而使悬浮物不会掉落到地面。ETH博士生MarcR?thlisberger正在研究这一特殊方面，他与苏克（Schuck）和硕士生克里斯蒂安·伯卡德（Christian Burkard）在苏黎世科技园共用一个实验室。

　　只需使用现有技术，科学家就可以在太空中移动各种小物体。该软件将抓具调整为要举起的物体的形状，然后由机械臂将物体运输到目标位置。

　　不接触的抓握原理也具有经济利益：当使用常规机器人工作时，几乎每种新形状都需要使用不同的抓手。声学抓手消除了对大量昂贵的高精度抓手的需求。Schuck解释说，甚至不需要使机械臂本身非常精确：“精确的位置取决于软件控制的声波。”

　　最初，Schuck希望利用他的ETH先锋奖学金的资金来确定在实践中如何部署机械手。舒克说：“主要目的是探索行业中潜在的应用领域和门户开放领域。”

　　这项创新技术很可能会引起制表业的关注，因为高精度的微机械对于处理昂贵的微型零件至关重要。“例如，齿轮先涂上润滑剂，然后再测量该润滑剂层的厚度。即使最微弱的接触也可能损坏润滑剂薄膜。”?微芯片的生产可能是舒克技术的另一个有吸引力的市场。

　　舒克正在使用该研究金中的150,000瑞士法郎中的一部分，为潜在客户创建一种“开发套件”。其中包含机械手，控制软件和说明。舒克强调说，他仍然不知道最终产品的外观。他说：“这取决于我从行业中得到的反馈。”

　　他希望他能找到一些感兴趣的团体，他们将与他合作进一步发展声学抓爪。一方面，这应该有助于满足现有的市场需求。另一方面，Schuck渴望该技术不仅在实验室中工作，而且在现实世界中工作。如果他能在2021年春季之前做到这一点，Schuck认为他应该能够根据自己的商业想法建立一家初创企业。

　　作者：ETH Zurich