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New Micro-Robotic Systems featuring Piezoelectric Adaptive MicroStructures for Sensing and Actuating, with Associated Embedded Control

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Un robot di microdimensioni arriva al traguardo

Finanziamenti UE hanno permesso ai ricercatori europei di sviluppare un robot in miniatura di livello mondiale con una varietà di potenziali applicazioni nel campo della robotica e micro-produzione.

Tecnologie industriali

L'adattronica è un settore multidisciplinare che studia lo sviluppo di sistemi meccanoelettrici in grado di offrire un controllo adattivo, di autoadattarsi in risposta ai cambiamenti delle condizioni ambientali. La microrobotica e i sistemi di micro-produzione per assemblare componenti microscopici sono tra le applicazioni più promettenti in adattronica. I sistemi adattivi hanno molti componenti e funzioni complessi. I materiali intelligenti (attivi) come quelli che rispondono a un cambiamento di pressione con una modifica dell'energia in uscita e vice versa (materiali piezoelettrici), sono spesso alla base dei dispositivi adattivi. Includono anche sensori per determinare i cambiamenti in determinati parametri e attuatori per fornire una risposta appropriata. Infine, essi richiedono una tecnologia di controllo per coordinare il funzionamento di tutte le parti insieme. Questi sistemi hanno requisiti prestazionali molto rigidi, inclusi risoluzione nanometrica e tempo di risposta in millisecondi. Non esistono ancora sensori in miniatura rapidi e precisi necessari per le applicazioni microrobotiche. Gli scienziati europei hanno cercato di colmare questa lacuna con il finanziamento UE del progetto Micropads. Micropads si è occupato dello sviluppo di strutture attive di centi/millimetri che integrano funzioni di attuazione e rilevamento con la tecnologia di controllo integrata sullo stesso materiale piezoelettrico. Gli scienziati hanno innanzitutto studiato nuovi materiali e nuove tecniche di lavorazione. Hanno identificato una nuova generazione di materiali piezoelettrici (cristalli di niobato di piombo e magnesio-titanato di piombo, PMN-PT) in combinazione con il silicio come i più promettenti per lo sviluppo di microsistemi ad alte prestazioni. Il consorzio ha poi progettato microattuatori innovativi e microgripper basati su una combinazione di principi termici e piezoelettrici (i cosiddetti attuatori termopiezoelettrici ibridi) il cui brevetto è in corso di registrazione. Lo sviluppo di sistemi di misurazione integrati per i microattuatori piezoelettrici ha consentito l'uso del sistema piezoelettrico sia come attuatore che come sensore con misurazione e controllo integrati in una scheda elettronica. I sistemi hanno permesso segnali migliori a un costo inferiore e con un ingombro molto più piccolo. Sfruttando la nuova tecnologia, il consorzio Micropads ha creato un microrobot mobile. Questo dispositivo incredibile ha ottenuto il primo posto alla prestigiosa Conferenza internazionale di robotica e automazione dell'Istituto di ingegneria elettrica ed elettronica (IEEE ICRA) e ha registrato il record mondiale in una corsa tra robot. Il consorzio Micropads ha quindi sviluppato adattronica all'avanguardia applicazioni virtualmente illimitate.

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