Predstavte si svet, v ktorom sa miniatúrne prvky pohybujú vo vzduchu bez toho, aby sa dotýkali akéhokoľvek povrchu. Nie je to úryvok z románu žánru sci-fi, ale reálna úloha pre priemysel. V tomto prípade tradičné metódy dopravy často zlyhávajú. Presnosť je však rozhodujúca pri práci s krehkými elektronickými komponentmi alebo lekárskymi vzorkami. Navyše akýkoľvek fyzický kontakt znamená riziko poškodenia alebo znečistenia. Výskumný tím z Národnej univerzity v Jokohame vyriešil tento problém netradičným spôsobom. Aké riešenie navrhujú jeho členovia?
Akustická levitácia bez obmedzení
Ide o bezdrôtové levitačné zariadenie, ktoré dokáže zdvíhať a prepravovať predmety rýchlosťou viac ako 3 metre za sekundu. Znie to ako mágia? Pozrime sa na podrobnosti. Technológia, o ktorej hovoríme, je založená na jave akustickej levitácie, ktorá využíva zvukové vlny na udržanie predmetov vo vzduchu. To je zásadný rozdiel od magnetických systémov, ktoré vyžadujú silné magnety, alebo pneumatických systémov založených na stlačenom plyne. Japonský prístup je oveľa kompaktnejší a energeticky úspornejší. Kľúčovou inováciou je odstránenie káblov, ktoré predtým obmedzovali presnosť. Ako vysvetľuje Omi Fuchiwaki z výskumnej skupiny, zatiaľ čo akustická levitácia eliminuje trenie o povrch, tradičné systémy sú založené na kábloch. Tie bránia polohovaniu, preto sa Fuchiwaki a jeho kolegovia rozhodli tento problém vyriešiť. Na tento účel použili levitačné zariadenie s bezdrôtovým pohonom.
Centrálnym prvkom je piezoelektrický pohon, ktorý premieňa elektrickú energiu na mechanický pohyb. Generuje jav nazývaný „stlačiteľný film“. V jeho rámci sa objavuje tenká vrstva kvapaliny, ktorá umožňuje voľný pohyb v akomkoľvek smere bez odporu spôsobeného trením. Celé zariadenie má rozmery len niekoľko centimetrov, čo umožňuje jeho prevádzku v obmedzenom priestore laboratória. Testy potvrdili funkčnosť tejto stratégie, keďže zariadenie sa plynule pohybovalo po povrchoch so sklonom až 10 stupňov. Vypnutie levitácie okamžite zastavilo systém, čo dokázalo jeho účinnosť.
Silné a slabé stránky riešenia a ďalšie smery vývoja
Bohužiaľ, táto technológia má jasné obmedzenia. Maximálna nosnosť je 150 gramov, z ktorých len 43 gramov predstavuje skutočnú užitočnú záťaž. Zvyšok pripadá na hmotnosť samotného zariadenia. Prekročenie tejto hodnoty úplne blokuje možnosť levitácie. Napriek tomu môže byť takáto nosnosť v mnohých priemyselných aplikáciách dostatočná. Zariadenie je obzvlášť vhodné na montáž mikroelektroniky, prepravu sterilných chemických vzoriek, presun biomedicínskych buniek alebo presné polohovanie krehkých prvkov.
Japonci sa nezastavili na dosiahnutom. Pracujú na spojení viacerých levitačných zariadení do mobilných robotov-doručovateľov, ktoré budú schopné pohybovať sa po výrobných halách alebo zdravotníckych zariadeniach bez kontaktu s povrchom. Ďalšie ciele sú zvýšenie stability pri zaťažení, zlepšenie efektívnosti a prispôsobenie sa nerovným povrchom. Kompletné výsledky výskumu boli uverejnené v časopise Advanced Intelligent Systems. Hoci súčasné obmedzenia nosnosti ešte neumožňujú široké zavedenie uvedenej stratégie, samotný koncept bezkontaktnej dopravy môže časom zmeniť prístup k práci s mikrokomponentmi. V odvetviach, kde má každý mikrón význam, je odstránenie trenia viac než len pohodlie. Je to potenciálna revolúcia v kontexte presnosti.
