University of Waterloo Nano Robotics Group - University of Waterloo Nano Robotics Group

University of Waterloo Nanorobotics Group (UWNRG) je vysokoškolská skupina složená ze studentů z několika různých inženýrských programů, včetně Nanotechnologie, Mechatronika, Elektrický, Počítač, a Softwarové inženýrství, různé matematické a umělecké programy na University of Waterloo. Jejich primárním cílem je návrh mikroroboti, jakož i propagace nanotechnologie a jejich program. Skupina byla založena v roce 2007 a jejich posledním úspěchem bylo vítězství v soutěži Microassembly Challenge v roce 2013 IEEE Mezinárodní konference o robotice a automatizaci (ICRA).[1] Byli jediní úplně vysokoškolák týmu, stejně jako jediný kanadský tým soutěží.[2] UWNRG se od té doby vyvinulo z robotické soutěže a nyní se zaměřuje na vývoj mikro-robotiky pro průmyslové a lékařské aplikace prostřednictvím MAYA a zemědělských aplikací prostřednictvím Vision.

Aktuální výzkum

Vidění

Vision je výzkumný tým vytvořený v polovině roku 2019 s cílem kombinovat mikro a molekulární biologii s robotikou. Současný projekt Zdravá hydroponie se snaží vytvořit lepší vnitřní a plně automatizované stroje pro růst rostlin pomocí technických bakterií a hydroponického systému. Práce pod Dr. Trevor Charles společně nastínili tři hlavní součásti tohoto projektu: plně automatizovaný hydroponický systém využívající senzory, vytváření vodních bakterií, které mohou vyjádřit podporu rostlin, a nakonec mikrobiální senzor pro detekci možných patogenů. Více informací naleznete na UWNRG webová stránka.

Aktuální roboti

MÁJ

MAYA (Micro-Assembly YBCO Apparatus) je experimentální robot, který využívá konceptu kvantové blokování.[3] Použitím tohoto konceptu může YBCO, vysokoteplotní supravodič, zachytit mikromagnet v prostoru nad sebou. Odtud lze polohu YBCO ovládat pomocí motorů a akčních členů, což vede k pohybu mikromagnetu. MAYA je dodáván s optickým sledovacím systémem, který dokáže vysvětlit chyby mezi pohyby makra a mikro měřítka, což má za následek vysoce přesné ovládání. Více informací naleznete na UWNRG webová stránka.

Předchozí roboti

MICHELLE

MICHELLE (Merkur v krytu čistého stanoviště využívající Lorentzovo vzrušení) používá mikrofluidika přesně pohybovat robotem přes jiné fluidní médium.[3]

SAM

SAM (Solenoid Actuated Microrobot) je duchovním nástupcem robota EMMA využívajícím posunutí magnetického pole.[3]

VIDĚL

Tým UWNRG pro povrchové akustické vlny (známý jako SAW) využívá akustické vlny jako pohon zařízení MEMS a pokouší se diverzifikovat arzenál mikrorobotických úspěchů skupiny. Design pro SAW byl původně koncipován po našem úspěchu v roce 2011 NIST Mobile Microrobotics Challenge a obsahuje první zcela tekutý design reverzní piezoelektrické mikroroboty skupiny.[4] Konstrukce se skládá z nanolitrové kapičky tekutiny, pohybující se na vrcholu silanizovaného skleněného substrátu, který byl vzorován do interdigitální převodník (IDT). Lithiová niobátová destička vrstvená tenkými vrstvami titanu a zlata bude působit jako generátor povrchových akustických vln, který bude produkovat oscilace na povrchu destičky. Tím se získá vzrušená kapička tekutiny a nakonec to povede k lineárnímu pohonu tekutého mikrorobota.[5]

EMMA

EMMA (ElectroMagnetic Micro Actuation) je jejich nejznámější projekt. V roce 2010 se umístila na 3. místě celkově NIST Výzva pro mobilní mikrorobotiku v roce 2006 Aljaška,[6] a první místo v soutěži 2011 v Šanghaj, Čína.[6] EMMA je vyrobena z magnetická slitina který se pohybuje přemístěním magnetické pole obklopující robota (magnetické ovládání). Tým v současné době pracuje na výzkumném dokumentu „Charakterizace povrchového napětí kolem robota v mikro měřítku“ a modernizaci konstrukce tak, aby měla rotaci podél své osy. EMMA má několik iterací, iterace 1 a iterace 1.5 byly dokončeny. Doufáme, že iterace 2.0 bude vylepšením oproti současným designům.[7]

Obrázek mikrorobota PAMELA.

PAMELA

PAMELA (ovládání čerpadla zprostředkované absorpcí vzrušeného světla) je a mikrofluidní na základě MEMS který byl poprvé vyvinut společností NanoRobotics Group. Původně navrhovaný v roce 2007 zakládajícími členy skupiny, jeho návrh spočívá v použití tahu k manipulaci s mikrorobotem prostřednictvím fluidního média. Pohonným systémem robota jsou dvě malá čerpadla vyrobená z fotocitlivé membrány, která se bude deformovat a vytlačovat tekutinu, když na ni dopadne laser. Pohyb robota je určen zaostřením laserového paprsku na jednotlivé čerpadlo, které se má otáčet, nebo na obě čerpadla současně pro pohyb vpřed. Doufáme, že PAMELA bude vylepšení EMMA, protože bude mít schopnost odbočit doleva nebo doprava, což současné iteraci EMMA v současné době chybí.

MIKROKOPTER

MICROCOPTER je vyvíjen s pohonným systémem založeným na helikoptéře. Robot používá magnetický dipól ve tvaru rotoru umístěný v rychle se otáčejícím magnetickém poli. Rotor se neustále vyrovná s tímto magnetickým polem, proto napodobuje vrtulník, pokud lze magnetické pole pohybovat dostatečně rychle.[5]

Minulé události

Konference o nanotechnologiích ve Waterloo (WNC)

UWNRG se zúčastnilo posterové relace WNC v letech 2018 a 2019, kde představili své výzkumné a aktuální experimentální projekty. V roce 2019 proběhlo živé demo, které ukázalo pokrok, kterého MAYA za poslední rok dosáhla, což je možné vidět zde.

Nanotech Expo

UWNRG byl účastníkem výstavy Nanotech Expo 2009 Tokio, Japonsko v roce 2009, kdy skupina cestovala do Japonska zastupovat kanadskou delegaci spolu s vládními úředníky a soukromými organizacemi. Tato skupina byla jedinou vysokoškolskou organizací na této mezinárodní akci. S pomocí skupinových mentorů (profesorů a absolventů) skupina představila svou technologii pneumatických čerpadel v měřítku publiku japonských vlád a zástupců průmyslu na kanadském velvyslanectví v Tokiu.

Výzva pro mobilní mikrorobotiku NIST

Skupina Nanorobotics University of Waterloo soutěžila v soutěži Microrobotics, kterou pořádá Národní institut pro standardy a technologie (NIST) za poslední čtyři roky. Během výzvy Mobile Microrobotics 2013 na veletrhu Mezinárodní konference o robotice a automatizaci (ICRA) v Karlsruhe, Německo UWNRG získal první místo v soutěži Autonomous Mobility Challenge s mikrorobotem EMMA. Na veletrhu ICRA 2011 v Šanghaj, Čína UWNRG se umístilo na prvním místě v soutěži Mobile Microrobotics Challenge,[8][9] porážet více než 10 dalších registrovaných týmů z nejlepších institucí na mezinárodní úrovni. To zahrnovalo účastníky ze Spojených států, Francie a Itálie. V roce 2010 se UWNRG umístilo na celkově třetím místě v soutěži Mobile Microrobotics Challenge.[10][11] Z registrovaných týmů byl UWNRG jediným vysokoškolským a jediným kanadským týmem, který soutěžil. Soutěž vyžadovala vytvoření robota do 600 mikrometrů ve všech dimenzích a soutěžení ve výzvách určených k testování mobility, hbitosti a kontroly, jako je 2 mm pomlčka, výzva k pohybu robota ve vzoru obrázku 8 a výzvy mikroosestavení, které zahrnují použití robot zabalit malé trojúhelníkové kolíky dohromady.[5] Tým plánuje znovu soutěžit v roce 2014.

Členové

Tým se skládá z více než 40 různých vysokoškolských studentů z University of Waterloo. Členové týmu jsou rozděleni do několika nezávislých dílčích týmů: jeden technický tým odpovědný za návrh každého z robotů, skupina řídicích systémů, která píše software, který řídí, jak roboti reagují v situaci, tým odpovědný za rozvoj podnikání pro hledání sponzorů pro tým a marketingový tým, kteří organizují terénní akce a konference pro tým.[5] Mezi přidružené profesory University of Waterloo patří Dr. Yavuz, Dr. Prouzet, Dr. Cui, Dr. Mansour a Dr. Fidan.

Reference

  1. ^ „Studenti Waterloo vyhrávají na mikrorobotice. Waterloo.ca. 17. května 2013.
  2. ^ Secula, Erik M. (16. prosince 2009). „Microrobotics Challenge“. Nist.gov.
  3. ^ A b C "Aktuální projekty | UW_NRG". Csclub.uwaterloo.ca. Citováno 2016-01-27.
  4. ^ „Archivovaná kopie“. Archivovány od originál dne 15. 9. 2011. Citováno 2011-11-13.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)
  5. ^ A b C d „Domovská stránka UW_NRG“. Uwnrg.org. Citováno 22. října 2018.
  6. ^ A b Thompson, Kristy D. (7. června 2010). „Týmy připravující se na dvě robotické soutěže NIST na Aljašce“. Nist.gov.
  7. ^ [1]
  8. ^ „Archivovaná kopie“ (PDF). Archivovány od originál (PDF) dne 02.10.2013. Citováno 2012-01-16.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)
  9. ^ „Železný bojovník» UW_NRG vyhrává výzvu pro mobilní mikrorobotiku “. Iwarrior.uwaterloo.ca.
  10. ^ „Skupina UW Nanorobotics získává třetí místo“ (PDF). Iwarrior.uwaterloo.ca. Citováno 22. října 2018.
  11. ^ „Železný válečník» Waterloo Undergrads dostalo Kanadu na mapu pro mikrobobotiku “. Iwarrior.uwaterloo.ca.

externí odkazy