La miniaturizzazione nella robotica comporta la riduzione delle dimensioni dei robot e dei loro componenti, aumentandone al contempo la potenza. Si tratta di ridurre le dimensioni di sensori, computer, sistemi di gestione dell'alimentazione e attuatori senza sacrificare la precisione o l'affidabilità.
Queste nuove macchine possono eseguire compiti in luoghi troppo piccoli per essere raggiunti da macchine più grandi o esseri umani, rendendoli ottimali per fabbriche, ospedali e miniere.
Vantaggi dei sistemi robotici compatti
Il passaggio alla miniaturizzazione offre vantaggi significativi, motivo per cui viene sviluppato e utilizzato in molti campi scientifici e industriali.
Maggiore velocità e precisione
I componenti più piccoli sono naturalmente più leggeri. Questa massa ridotta consente accelerazioni e decelerazioni molto più rapide.
Quando giochi, flessione e gioco sono ridotti al minimo su scale più piccole, la precisione aumenta. Nel micro-assemblaggio o nell'ispezione, ciò si traduce in un monitoraggio del percorso più rigoroso, cicli più brevi e minori superamenti.
Maggiore efficienza e minori costi
I pacchetti più piccoli in genere assorbono meno energia e utilizzano meno materiali, riducendo i costi di produzione e operativi. Le aziende che cercano di ampliare l'automazione vedono i robot compatti come una soluzione conveniente e sostenibile che può risparmiare spazio prezioso in fabbriche, laboratori, magazzini e altre strutture.
Maggiore accessibilità e mobilità
I robot compatti possono raggiungere luoghi che le macchine più grandi non possono raggiungere. I droni di ispezione in gabbia si insinuano attraverso condotti, serbatoi e recipienti senza problemi.
I laboratori e i dipartimenti dei trasporti hanno utilizzato veicoli aerei senza equipaggio (UAV) protetti da gabbie per l'imaging di ponti e spazi confinati, dove il GPS è negato e l'ingresso umano sarebbe lento o pericoloso. Allo stesso modo, i robot terrestri in miniatura e i robot di lancio- esplorano gli interni angusti prima che le persone li seguano.
La tecnologia alla base della miniaturizzazione nella robotica
Questo passaggio verso robot più piccoli si basa su decenni di progressi nell'ingegneria su micro-scala. I principali componenti elettronici hanno reso possibili i robot compatti di oggi.
Progressi nei MEMS
I sistemi micro-elettro-meccanici (MEMS) consentono al rilevamento e all'attuazione su scala-chip di diventare routine. Integrano minuscoli elementi meccanici, sensori ed elettronica su un singolo chip di silicio, funzionando come "occhi e orecchie" di piccoli robot.
Poiché sono piccoli ed efficienti dal punto di vista energetico-, i MEMS sono adatti per sistemi autonomi. I programmi universitari delineano come i MEMS ora coprano il rilevamento inerziale, il monitoraggio ambientale, la microfluidica e persino il governo della luce - il tutto con dimensioni e costi adatti a robot in miniatura.
Il ruolo del microcontrollore
Il sistema di controllo è il cervello e, nei robot in miniatura, questo è il microcontrollore. Un microcontrollore è un sistema informatico completo su un singolo circuito integrato che contiene un processore, memoria e periferiche di input/output. È in grado di funzionare come una singola unità per l'elaborazione del segnale in tempo reale-, che è vitale per attività come l'equilibrio o il superamento degli ostacoli.
Questo concetto si estende alla robotica morbida. Le strutture morbide si adattano alle superfici, distribuendo lo stress su un volume più ampio e riducendo efficacemente la forza d'impatto. Tali strategie sono interessanti per la progettazione e la costruzione di sistemi per gestire una gamma di oggetti fragili o di forma irregolare o per operare intorno alle persone. L’obiettivo è creare robot bioispirati che consentano interazioni adattive e flessibili con ambienti imprevedibili.
Applicazioni di miniaturizzazione nel mondo reale-
I tempi entusiasmanti sono arrivati e diverse aziende stanno aprendo la strada con le proprie versioni di robot potenti e compatti. Ecco alcuni esempi.
Applicazioni mediche e sanitarie
I robot chirurgici di Medtronic
Medtronic sta sviluppando piattaforme di chirurgia-assistita da robot e si è concentrata su sistemi per procedure alla colonna vertebrale e al cervello da quando ha acquisito Mazor Robotics. Ha fatto progressi nel campo dei cateteri e degli strumenti morbidi, orientabili e modellabili-per trattamenti cardiaci ed endovascolari.
L'obiettivo dell'azienda è sviluppare cateteri robotici in grado di cambiare forma sotto la guida dell'imaging per spostarsi negli ambienti a cuore battente.
Il sistema da Vinci di Intuitive Surgical
Il sistema chirurgico da Vinci presenta il potere della miniaturizzazione su una scala diversa. Sebbene il robot di Intuitive Surgical sia grande, i suoi strumenti sono piccoli. Questi piccoli strumenti consentono ai chirurghi di eseguire con facilità procedure complesse e minimamente invasive, con conseguente riduzione dei traumi e un recupero più rapido del paziente.
Industriale e manifatturiero
Meca500 accademico
Mecademic ha affermato che il suo Meca500 è uno dei bracci robotici industriali a sei-assi più piccoli e precisi al mondo per test e ispezioni di micro-assiemi.
Il Lincoln Laboratory del MIT ha presentato una testa di sputtering al microplasma montata su una Meca500 per stampare materiali elettronici, illustrando come bracci minuscoli consentano flussi di lavoro di fabbricazione su banco di laboratorio-. Anche gli ospedali e i centri di imaging utilizzano le unità Meca500 per la gestione automatizzata dei campioni.