哈佛大學(xué)團(tuán)隊研制出的機械臂速度快得讓人眼花

說到機械臂，給人的印象要么笨重且力大無比，要么追求精細(xì)操作但移動速度緩慢。現(xiàn)在由哈佛大學(xué)團(tuán)隊研制出的機械臂已經(jīng)兼顧了速度與精度，刷新了人們的認(rèn)知。

近日，一個迷你機器人火了，它是由哈佛大學(xué)Wyss生物創(chuàng)新工程研究所和John A. Paulson工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（SEAS）的Robert Wood團(tuán)隊設(shè)計的 Delta 機器人，稱為 milliDelta。

據(jù)稱它是目前移動速度最快、精度最高的機器人，只比硬幣大一點點。

先來個動圖一睹它的真容吧！

該機器人尺寸為 15×15×20 毫米，重 430 毫克，但可以舉起 1.3 克的重物。milliDelta 可以在 7 立方毫米的空間內(nèi)，以 5 微米的精度運動，最高速度可達(dá) 0.45 米每秒，換句話說，milliDelta 每秒可以執(zhí)行 75 次動作。

頻率大概是醬紫的，晃的眼睛酸（75赫茲下的圓周運動）。

大多數(shù)機器手的肢體部分都包含有不止一個電機，這令機器手變得很重。而將機器人驅(qū)動電機置于底座，就可以解決這個問題，使機器手的運動更加快速和精確。

值得一提的是Delta 機器人的另一個設(shè)計，能保證原件在被放下時，其狀態(tài)與被拿起時相同，無需進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整。

milliDelta 采用壓電引擎驅(qū)動，碳纖維制成的承重結(jié)構(gòu)和聚酰亞胺薄片制成的活動結(jié)構(gòu)通過單片制造工藝和熱壓整合在一起，然后用激光切割成形。

由于Delta機器人精度高、速度快，被廣泛應(yīng)用于取放組裝、機械加工、焊接和食品包裝等多種工業(yè)流程中。

此外，一個更有想象力的提議是用 milliDelta 進(jìn)行顯微手術(shù)，比如，在眼科手術(shù)中，也可以將milliDelta安裝在手術(shù)工具末端，用于抵消醫(yī)務(wù)人員手部顫動。

目前，MilliDelta已經(jīng)完成了它的第一個手術(shù)，參與了一個治療人類首部震顫的設(shè)備測試。相關(guān)研究報告已經(jīng)發(fā)表在《Science Robotics》。

該平臺聯(lián)合負(fù)責(zé)人及核心教員Wood表示，“縮放物理學(xué)告訴我們，縮小Delta機器人的尺寸將提高他們的速度和加速度，彈出式MEMS制造能夠使用任何材料或材料組合，似乎是解決這個問題的理想方法。這種方法也使我們能夠快速地完成許多迭代，最終制造出milliDelta。”

Millidelta的設(shè)計采用了復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)的嵌入式彎曲關(guān)節(jié)，其復(fù)雜性接近于大型Delta機器人的關(guān)節(jié)。

來自Wood團(tuán)隊的第一作者，Wyss研究所研究員Hayley McClintock表示，“在裝配夾具的幫助下，這種層壓板可以精確地折疊成毫米級的Delta機器人。milliDelta還利用壓電致動器，使其能夠以比現(xiàn)有Delta機器人高15至20倍的頻率進(jìn)行移動。”

1hz下的垂直運動

35hz下的垂直運動

研究人員將milliDelta進(jìn)行顯微手術(shù)和其他顯微操作首先進(jìn)行了測試，還將他們的機器人作為手部震顫消除裝置進(jìn)行了探索。

來自Wood團(tuán)隊的共同第一作者，SEAS博士后研究員Fatma Zeynep Temel博士說，“我們首先繪制了某個人拿著牙簽尖端的路徑，計算出這些路徑，然后將它們饋入milliDelta機器人，這個機器人能夠匹配和取消它們。”

1hz下的五角星運動軌跡

研究人員認(rèn)為，專門的milliDelta機器人既可以添加到現(xiàn)有的機器人設(shè)備上，也可以開發(fā)為獨立的設(shè)備，例如在研究和臨床實驗室中操作細(xì)胞的平臺。

關(guān)于第一臺用于制造巧克力的 delta 機器人，主要是服務(wù)于巧克力工廠，用于將果仁糖放入包裝中。與關(guān)節(jié)中擁有舵機的普通機器人不同，delta機器人由一個中心基站控制。機械臂排列成三角形構(gòu)造，每只手臂可以非常輕，不需要非常大的力就可以驅(qū)動。

發(fā)明人是通過無意間觀察妻子織毛衣，從毛衣針獲得啟發(fā)，傳統(tǒng)的方式是利用是液壓引擎，但是因為功率較大，巧克力又輕，沒有什么優(yōu)勢可言。

他從織毛衣的過程中獲得靈感：可以讓機器人擁有 3 個手臂，使得手臂能以 3 個自由度運動;比較重的引擎被放置在底座中，而不是運動部分。以上兩個特征提供了難以置信的輕便性和速度，因此一直被沿用至今。

Wyss研究所創(chuàng)始人Donald Ingber博士如是說：“Wood團(tuán)隊的工作證明毫米級機器人的速度和控制得到了加強，為工業(yè)和醫(yī)療機器人開辟了一條全新的發(fā)展道路，這是現(xiàn)有技術(shù)無法實現(xiàn)的，這也是我們的仿生機器人技術(shù)平臺引領(lǐng)未來的又一個例子。”

他還是HMS血管生物學(xué)Judah Folkman教授和波士頓兒童醫(yī)院血管生物學(xué)項目的教授，以及SEAS生物工程學(xué)教授。