Autonome Mikroroboter arbeiten in Nano-Manipulationsanwendungen zusammen
Die fortwährenden wissenschaftlichen und technologischen Fortschritte im Bereich der Bio- und Nanotechnologie fordern gleichzeitig die Weiterentwicklung der Mikro- und Nanorobotik. Jetzt wurde eine Reihe viel versprechender Abtast- und Antriebstechniken entwickelt, die das Aufspüren und Manipulieren von Objekten im Mikro- und Nanometerbereich möglich macht. Dabei kann es sich beispielsweise um biologische Zellen, Neuronen, Nanoröhrchen und andere Nanostrukturen handeln. Außerdem wurden Bewegungsmechanismen und Mikrorobotikplattformen für flexible Robotersysteme konzipiert, die höchste Genauigkeit bei der Manipulation garantieren. Die Arbeitsgruppe um das von der EU finanzierte MICRON-Projekt ging bei der Entwicklung von Mikrorobotikplattformen noch einen Schritt weiter und konstruierte einen flexiblen Assembler für automatisierte Montage- und Manipulationsaufgaben. Das Multi-Robotersystem basiert auf einer begrenzten Gruppe autonomer Miniaturroboter. Dabei ist jeder einzelne mit einer Bordelektronik für Kontrolle und Kommunikation ausgestattet, die mit einer Arbeitsflächenumgebung zusammenarbeitet. Während der Konzipierung und Entwicklung des MICRON-Systems traten mehrere Kontrollprobleme auf, was auf die Minimierung der Mikroroboter zurückzuführen ist. Die größten Herausforderungen stellten dabei Einschränkungen der Stromzufuhr, Begrenzungen der Kommunikationsbandbreite, beschränkte systemeigeneVerarbeitungsfähigkeiten sowie die grundsätzlich eingeschränkte Freiheit des Roboter-Mikromanipulators dar. Mit Hilfe der Energieübertragung durch ein kabelloses Energiezufuhrsystem oder ein battariebetriebenes System, das Störungen durch umgebende Magnetfelder ausschließt und einen unabhängigen Einsatz gewährleistet, konnte eine Steuerungsautonomie erreicht werden. Speziell entwickelte A/D-Schaltkreise sorgen für die Kommunikation zwischen den einzelnen Robotern und dem Zentralrechner. Dies geschieht anhand von Infrarot-Remote-Protokollen. Um Navigation, Koordination und Kooperation der Roboter kontrollieren zu können, wurden entsprechende Signale (trapez- und sägezahnförmig sowie dreieckig) generiert. Diese Signale werden in Zellmanipulationsverfahren erweitert, um geschlossene Regelkreise für das Rasterkraftmikroskop bieten zu können, welches an der Spitze eines turnusmäßigen piezoelektrischen Antriebsarms befestigt ist. Die gesamte Antriebselektronik wurde auf zusammengeschalteten Leiterplatten mit einer Gesamtgröße von 12 x 12 x 10 mm montiert, was eine weitere Minimierung der Roboter ermöglicht. Um Forschung und Innovation im Bereich der elektronischen Entwicklung für nanotechnologische Anwendungen weiter vorantreiben zu können, wird eine Zusammenarbeit mit Chipherstellern, Werkzeugmechanikern und modernen Forschungsinstituten angestrebt.
