Operationen in der Mikro- und Nanowelt
Präzise Manipulation erfordert primär ein klares Verständnis der physischen Spezifikationen von Objekten, die nur Bruchteile eines Millimeters groß sind. Aufbauend auf diesem Wissen können angepasste Werkzeuge und Greifer konstruiert werden. Für diese Zwecke wurde innerhalb des MICRON-Projekts ein geeignetes Modell für Adhäsionskräfte zwischen Greifer und Objekt entwickelt, das realistische Arbeitsumgebungen hinsichtlich Geometrie, Kontaktbereich und Umgebungsbedingungen berücksichtigt. Um Richtlinien für den Entwurf von Endeffektoren zur Mikrohandhabung herauszuarbeiten wurden an der italienischen Scuola Superiore Sant'Anna ausgiebige Experimente mit verschiedenen Greifwerkzeugen durchgeführt. Die Ergebnisse wurden mit der theoretischen Analyse verglichen. Die Greiffunktion des Mikrogreifers wurde durch die Einbeziehung spannungsgesteuerter piezoelektrischer Aktuatoren sichergestellt. Für die Fertigung dreidimensional (3D) geformter Greifarme aus rostfreiem Stahl wurde ein Draht-Funkenerosionsverfahren eingesetzt. Die Länge des Greifers beträgt insgesamt ungefähr 12 mm und die minimale Dicke der Spitze etwa 70 μm, was unentbehrlich für die Montage von starren und flexiblen Komponenten im Mesomaßstab ist. Für die Mikrohandhabung von lebenden Zellen, wie beispielsweise die Injektion synthetischer Moleküle, Peptide oder Proteine, wurde ein neues Verfahren für die Mikrofertigung von nadelähnlichen Strukturen entwickelt. Die verwirklichte Mikronadel hat eine äußere Spitze von 2 μm, dünn genug, um die Zelle nicht zu beschädigen. Der nächste Schritt war die Aufstellung von Handhabungsstrategien und passenden Kontrollschemen für den Rotationsaktuator des Mikroroboters, auf dem die Greifer und die unterstützende Nadel angebracht wurden. Mikrosysteme werden eine zunehmend wichtige Rolle in minimal-invasiven medizinischen Verfahren sowohl bei der Diagnose als auch bei der Therapie einnehmen. Die durchgeführte Arbeit der Projektpartner macht die automatisierte mikrometer-genaue Handhabung von Objekten im Mikromaßstab möglich.
