該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)動全向，可在潔凈可控的環(huán)境中處理小型負(fù)載，同時(shí)避免表面接觸。

對于在微觀尺度作業(yè)的行業(yè)而言，如何快速、精確地運(yùn)輸微型化部件一直是個持續(xù)的挑戰(zhàn)。傳送帶、滾輪及其他機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生的摩擦力會減緩運(yùn)動并限制精度。

這對于機(jī)械、化學(xué)和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的精密部件尤其成問題，因?yàn)榧词故俏⑿〉恼駝右部赡茉斐蓳p壞。

為了解決這個問題，橫濱國立大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種無線纜的懸浮裝置，它能夠不接觸表面地在任意方向上自由移動。

利用聲懸浮實(shí)現(xiàn)無摩擦運(yùn)動

該裝置依賴聲懸浮技術(shù)，利用聲波使物體懸浮在半空中。

這避免了磁懸浮系統(tǒng)需要大型磁鐵，或氣動系統(tǒng)依賴加壓氣體的體積龐大和結(jié)構(gòu)復(fù)雜問題。這兩種替代方案都可能成本高昂、笨重，且不適合便攜或緊湊型應(yīng)用。

傳統(tǒng)的聲懸浮平臺還存在一個限制：電纜。電纜用于提供電力和控制，但它們會干擾定位，尤其是在精密制造中。

橫濱國立大學(xué)副教授兼研究員Ohmi Fuchiwaki表示：“雖然聲懸浮消除了地面摩擦，但傳統(tǒng)系統(tǒng)依賴的電纜會干擾定位。我們通過開發(fā)一種帶有無線驅(qū)動電路的無線纜懸浮裝置解決了這個問題，從而實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的懸浮高度和高速、靈活的運(yùn)輸。”

性能測試證實(shí)系統(tǒng)潛力

性能測試證實(shí)了該系統(tǒng)的潛力。該裝置在傾斜表面上能以超過每秒三米的速度移動。

在10°的斜坡上，當(dāng)懸浮功能開啟時(shí)，它能自由滑行；但當(dāng)關(guān)閉時(shí)，它無法克服重力。這些結(jié)果表明摩擦問題已成功解決。

研究人員還測試了其有效載荷能力。

該裝置在總載重達(dá)150克（其中有效載荷本身約43克）時(shí)仍能保持平穩(wěn)運(yùn)動。超過此重量，懸浮和運(yùn)動將完全停止。

緊湊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)全向運(yùn)動

一個壓電致動器驅(qū)動該系統(tǒng)，產(chǎn)生擠壓膜（即兩個表面之間的一層薄流體膜），從而實(shí)現(xiàn)全向運(yùn)動。這使得該平臺能夠靈活地在任何方向上移動而無需物理接觸。

其緊湊的厘米級設(shè)計(jì)使其適用于狹窄空間。應(yīng)用可能包括組裝微型電子產(chǎn)品、在無菌環(huán)境中運(yùn)輸化學(xué)樣品，或無需物理接觸地移動生物醫(yī)學(xué)細(xì)胞。無接觸的特性降低了污染風(fēng)險(xiǎn)，這對于敏感操作是一個主要優(yōu)勢。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)測相符，進(jìn)一步證實(shí)了該系統(tǒng)的可行性。研究人員認(rèn)為，其速度、機(jī)動性和無纜特性使其能夠在需要高精度和潔凈度的環(huán)境中部署。

未來展望

展望未來，該團(tuán)隊(duì)旨在將多個懸浮單元與推進(jìn)機(jī)構(gòu)連接起來，以創(chuàng)建用于非接觸式運(yùn)送的移動機(jī)器人。

這樣的系統(tǒng)可以在工廠車間、實(shí)驗(yàn)室或醫(yī)療設(shè)施中穿行而無需接觸表面。

計(jì)劃還包括提高懸浮效率、增加負(fù)載穩(wěn)定性，以及改進(jìn)設(shè)計(jì)以使其適應(yīng)不平坦的地形。

實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)可能使其應(yīng)用范圍超越受控的實(shí)驗(yàn)室條件，進(jìn)入主流工業(yè)用途。

該研究成果已發(fā)表在《Advanced Intelligent Systems》期刊上。

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