ETH Pioneer Fellow Marcel Schuck développe une pince robotique qui peut manipuler des objets petits et fragiles sans les toucher. La technologie est basée sur les ondes sonores.

La petite installation que Marcel Schuck a montée sur son établi rappelle un cours de physique à l'école :un arrangement, comprenant deux demi-sphères et ressemblant à un casque, est connecté à une carte de circuit imprimé portant des puces. Il utilise l'assemblage pour démontrer un effet physique. Une petite sphère plane entre les deux demi-sphères, retenu par les ondes ultrasonores. "Ce phénomène est connu sous le nom de lévitation acoustique, " explique le scientifique.

Dans le cadre de sa bourse ETH Pioneer Fellowship, l'ancien doctorant de l'ETH développe actuellement une méthode qui permet de soulever et de manipuler entièrement de petits objets sans les toucher. Ceci est particulièrement pertinent dans les situations où les dommages aux petits composants coûtent de l'argent, comme dans l'horlogerie ou l'industrie des semi-conducteurs.

Les pinces robotiques conventionnelles ont tendance à endommager les objets fragiles. Pour contrer cela, mou, tendre, des pinces en caoutchouc peuvent être utilisées. Bien que ceux-ci ne causent aucun dommage, ils sont facilement contaminés, comme une gomme en caoutchouc bien utilisée. En outre, ces pinces robotiques souples n'offrent qu'une précision de positionnement limitée.

Saisir sans toucher :c'est le principe du projet de Schuck, "Robotique sans contact." La technologie est basée sur un effet exploité depuis plus de 80 ans et utilisé pour la première fois dans l'exploration spatiale. Les ondes ultrasonores génèrent un champ de pression que les humains ne peuvent ni voir ni entendre. Des points de pression sont créés lorsque les ondes acoustiques se superposent, et de petits objets peuvent être piégés dans ces points. Par conséquent, ils semblent flotter librement dans l'air, dans un piège acoustique.

Bénéfices économiques

L'installation dans son laboratoire est le prototype du produit que Schuck veut développer :un robot préhenseur à commande électronique utilisant des ultrasons. Le scientifique de 31 ans a installé de nombreux petits haut-parleurs dans les deux demi-sphères, créé à l'aide d'une imprimante 3D. Le logiciel associé permet à Schuck de contrôler les haut-parleurs de telle sorte que les points de pression puissent être déplacés. Le but est de changer de position en temps réel sans que l'objet suspendu ne tombe au sol. Cet aspect particulier est étudié par le doctorant de l'ETH Marc Röthlisberger, qui partage un laboratoire au Technopark Zurich avec Schuck et Christian Burkard, un étudiant à la maîtrise.

En utilisant simplement la technologie existante, les scientifiques sont capables de déplacer divers petits objets dans l'espace. Le logiciel ajuste la pince à la forme de l'objet à soulever, et un bras de robot transporte ensuite l'objet vers la destination cible.

Le principe de préhension sans toucher présente également un intérêt économique :lorsqu'on travaille avec un robot classique, une pince différente est nécessaire pour presque chaque nouvelle forme. La pince acoustique élimine le besoin d'un ensemble complet de pinces de haute précision coûteuses. Il n'est même pas nécessaire que le bras du robot lui-même soit extrêmement précis :« Le positionnement exact est déterminé par les ondes acoustiques contrôlées par le logiciel, " explique Schuck.

Initialement, Schuck souhaite utiliser le financement de sa bourse ETH Pioneer Fellowship pour déterminer comment les pinces robotisées sont déployées dans la pratique. "L'objectif principal est d'explorer les champs d'application potentiels et les portes ouvertes au sein de l'industrie, " dit Schuck. L'innovation est susceptible d'intéresser l'industrie horlogère, où une micromécanique de haute précision est essentielle pour la manipulation de composants minuscules et coûteux. "Pignons dentés, par exemple, sont d'abord enduits de lubrifiant, puis l'épaisseur de cette couche de lubrifiant est mesurée. Même le moindre contact pourrait endommager le mince film de lubrifiant. » La production de micropuces pourrait être un autre marché attrayant pour la technologie de Schuck.

Schuck utilise certains des 150, 000 francs suisses de la bourse pour créer une sorte de "kit de développement" pour les clients potentiels. Celui-ci contient un robot préhenseur, Logiciel de contrôle, et consignes. Schuck souligne qu'il ne sait toujours pas à quoi ressemblera le produit final. "Cela dépend des commentaires que je reçois de l'industrie." Il espère trouver quelques personnes intéressées qui collaboreront avec lui au développement ultérieur de la pince acoustique. D'un côté, cela devrait aider à satisfaire les besoins existants du marché. D'autre part, Schuck souhaite que la technologie fonctionne non seulement en laboratoire, mais dans le monde réel. S'il peut gérer cela d'ici le printemps 2021, Schuck estime qu'il devrait être en mesure de créer une start-up basée sur son idée d'entreprise ingénieuse.