การลอยตัวด้วยเสียงสำหรับหุ่นยนต์ของเหลวหุ้มเกราะอนุภาค

เครื่องทำให้ลอยตัวด้วยเสียง UP400St กำลัง 400 วัตต์ ทำให้อนุภาคขนาดเล็กลอยตัว ณ บัพความดันที่เสถียร แสดงให้เห็นการจัดตำแหน่งด้วยเสียงอย่างแม่นยำโดยไม่สัมผัสพื้นผิว

เหตุใดการลอยตัวด้วยเสียงจึงมีประโยชน์ต่อหุ่นยนต์ของเหลว

ขจัดผิวสัมผัสทางกลที่ก่อปัญหามากที่สุด

การเคลื่อนที่บนพื้นผิวทำให้หุ่นยนต์ของเหลวเผชิญกับแรงเสียดทาน ความขรุขระ การยึดติด การปนเปื้อน และการเปียกที่คาดการณ์ไม่ได้ การลอยตัวแทนที่การสัมผัสนั้นด้วยสนามที่ตั้งโปรแกรมได้ วิธีนี้สามารถรักษาเปลือกอนุภาคที่บอบบาง ป้องกันการสูญเสียสิ่งที่บรรทุกซึ่งมีความบริสุทธิ์สูง และทำให้หุ่นยนต์ผ่านเหนือช่องว่างหรือพื้นผิวที่จะตรึงหยดน้ำไว้ได้ นอกจากนี้ยังทำให้วิธีนี้ใช้ได้กับสิ่งบรรทุกที่เป็นกลางทางไฟฟ้าและไม่มีสมบัติแม่เหล็ก ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องเติมสารเติมแต่งที่ตอบสนองต่อสนามลงในเกราะ

สร้างเครื่องปฏิกรณ์จุลภาคที่ไม่ต้องใช้ภาชนะ

PB ที่แขวนลอยอยู่เป็นทั้งหน่วยบรรจุที่เคลื่อนที่ได้และภาชนะปฏิกิริยาขนาดเล็ก กับดักหลายจุดสามารถแยกสารทำปฏิกิริยาออกจากกันได้ จากนั้นการเคลื่อนที่อย่างควบคุมได้สามารถนำหุ่นยนต์มาสัมผัสกันเพื่อเริ่มการรวมตัวเป็นเนื้อเดียว งานวิจัยการลอยตัวด้วยเสียงของลูกแก้วของเหลวแบบทั่วไปได้แสดงให้เห็นแล้วถึงการเปิดเปลือกอย่างควบคุมได้ การรวมตัวเป็นเนื้อเดียว และปฏิกิริยาของสารบ่งชี้ที่ถูกกระตุ้นให้เกิดขึ้น เปลือก PB ที่แข็งแรงกว่าควรขยายช่วงการจัดการที่ใช้งานได้ แม้ว่าข้อได้เปรียบเฉพาะนี้ยังต้องวัดขณะอยู่กลางอากาศ

เปิดให้ใช้โหมดการวัดและการถ่ายโอนแบบใหม่

เมื่อใช้แรงเสียงพยุงต้านแรงโน้มถ่วง กล้องสามารถวัดการเสียรูปอย่างอิสระ การโก่งเดาะของเปลือก การหมุน และการระเหยได้โดยไม่มีบริเวณสัมผัส เครื่องมือสามารถส่งต่อ PB ระหว่างสภาพแวดล้อมการทำงานสามแบบ ได้แก่ ลอยตัวเพื่อขนส่งอย่างสะอาด เข้าเทียบบนพื้นผิวเพื่อแทรกผ่านหรือรับสิ่งบรรทุก และกลับเข้าสู่กับดักเพื่อทำปฏิกิริยาหรือตรวจสอบ ลำดับการทำงานแบบผสมผสานนี้รักษาพฤติกรรมบนพื้นผิวที่โดดเด่นที่สุดของบทความวิจัยไว้ พร้อมเพิ่มขั้นตอนการถ่ายโอนโดยไม่สัมผัส
การลอยตัวไม่ได้อ่อนโยนกว่าโดยอัตโนมัติ ความดันเสียงสูงสามารถทำให้หยดของเหลวแบนลง ขับให้เกิดการไหลเวียนภายใน ทำให้ของเหลวร้อนขึ้น ทำให้อนุภาคหลุดออก หรือทำให้ของเหลวที่ผิวสัมผัสแตกเป็นละออง ช่วงการทำงานที่ใช้งานได้อยู่ระหว่างความดันต่ำสุดที่จำเป็นในการกัก PB กับสัญญาณแรกของการจัดเรียงเปลือกใหม่ที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ ต้องจัดทำแผนที่ช่วงนี้สำหรับทุกชุดการผสมผสานของปริมาตร อัตราส่วนความยาวต่อความกว้าง ของเหลวแกนกลาง และวัสดุเกราะ

เครื่องทำให้ลอยตัวด้วยเสียง UP100H แขวนหยดของเหลวไว้ในสนามอัลตราโซนิกคลื่นนิ่งเพื่อการจัดการโดยไม่สัมผัส

จุดแข็งของเครื่องทำให้ลอยตัวด้วยอัลตราโซนิก Hielscher

การสืบต่อจากการทดลองโดยตรง

ใช้ประโยชน์จากจุดเริ่มต้นที่มีหลักฐานรองรับซึ่งเผยแพร่โดย Jeon และคณะ (2025) งานวิจัย PB ใช้ Hielscher UP400S ที่ 24 kHz และ 400 W ร่วมกับโซโนโทรดขนาด 22 mm การเปลี่ยนไปใช้รุ่นดิจิทัล UP400St ยังคงระดับกำลังและความถี่พิกัดเดียวกัน พร้อมเพิ่มการควบคุมที่ทันสมัย การตั้งค่าที่ตั้งโปรแกรมได้ และการบันทึกข้อมูล ซึ่งช่วยลดความไม่แน่นอนในช่องทางบังคับทิศทางด้วยคลื่นเดินทาง แม้ว่าโพรงคลื่นนิ่งจะยังเป็นระบบย่อยใหม่

แอมพลิจูดสูงพร้อมความสามารถในการปรับที่ใช้งานได้จริง

เครื่องโซนิเคเตอร์ UP400St ทำให้อนุภาคของแข็งและของเหลวลอยตัวได้อย่างเชื่อถือได้ โซโนโทรดสามารถให้การกระจัดได้ถึง 118 ไมโครเมตรที่การตั้งค่า 100% UP400St มีการปรับแอมพลิจูดได้ 20–100% การทำงานเป็นช่วงที่ตั้งโปรแกรมได้ การปรับความถี่อัตโนมัติ และโซโนโทรดให้เลือกหลายแบบ รวมถึงรุ่นไทเทเนียมขนาด 22 mm ที่ใช้ในงานวิจัยของ Jeon et al., 2025 การผสมผสานนี้รองรับการจัดทำแผนที่ค่าเกณฑ์ การเพิ่มหรือลดค่าอย่างค่อยเป็นค่อยไป และพัลส์ที่ทำซ้ำได้ แทนที่จะมีเพียงจุดทำงานเปิด/ปิดจุดเดียว

เครื่องมือวัดและระบบอัตโนมัติ

UP400St บันทึกแอมพลิจูด กำลัง เวลา และอุณหภูมิลงในการ์ด SD และสามารถติดตามหรือควบคุมผ่านอินเทอร์เฟซเบราว์เซอร์ได้ คุณสมบัติเหล่านี้มีประโยชน์เป็นพิเศษสำหรับเครื่องทำให้ลอยตัวเพื่อการวิจัย เพราะเสถียรภาพทางเสียงไวต่อการเปลี่ยนแปลงเนื่องจากอุณหภูมิ รูปทรง และภาระ การตั้งค่าที่บันทึกไว้สามารถซิงโครไนซ์กับตำแหน่งและการเสียรูปที่ได้จากกล้อง เพื่อสร้างแผนที่การทำงานที่ทำซ้ำได้

แนวทางจากโต๊ะทดลองสู่การติดตั้งที่ทนทาน

เครื่องทำให้ลอยตัว Hielscher สามารถติดตั้งเดี่ยวหรือแบบขนานได้ นอกจากนี้ยังมีเครื่องทำให้ลอยตัวแบบสั่งทำตามคำขอ UIP500hdT แยกเครื่องกำเนิดสัญญาณและทรานสดิวเซอร์ออกจากกัน และใช้ทรานสดิวเซอร์ที่มีระดับการป้องกัน IP64 ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่น่าสนใจเมื่อตู้ครอบต้องรองรับความชื้นหรือการแตกของหุ่นยนต์โดยไม่ตั้งใจ ข้อความเหล่านี้เป็นคำกล่าวอ้างของผู้ผลิต และควรตรวจสอบกับรูปแบบอุปกรณ์ที่ระบุในใบเสนอราคานั้นโดยตรง

สำหรับการลอยตัวด้วยเสียง Hielscher มีเครื่องทำให้ลอยตัวแบบมาตรฐานสามประเภท:
 

• UP100H – เครื่องทำให้ลอยตัว 30kHz, 100 W
• UP400ST – เครื่องทำให้ลอยตัว 24kHz, 400W
• UIP500hdT – เครื่องทำให้ลอยตัว 20kHz, 500W

วรรณกรรม / เอกสารอ้างอิง

• Hyobin Jeon, K. Park, j.-Y. Sun, H.-Y. Kim (2025): Particle-armored liquid robots. Science Advances Volume 11, Issue 12, 21 Mar 2025.
• Andrade, M.A.B.; Pérez, N.; Adamowski, J.C. (2018): Review of Progress in Acoustic Levitation. Brazilian Journal of Physics 48, 2018. 190–213.
• Malte Junk, Jörn Hinrichs, Fritz Polt, Jonas Fechner, Werner Pauer (2020): Quantitative experimental determination of evaporation influencing factors in single droplet levitation. International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 149, 2020.
• Wonhyuk Jo, Johannes Möller, Jörg Hallmann, James Wrigley, Jan-Etienne Pudell, Ulrike Boesenberg, Felix Brausse, Angel Rodriguez-Fernandez, Alexey Zozulya, Roman Shayduk, Anders Madsen (2025): MHz X-ray photon correlation spectroscopy using an acoustic levitator at the European XFEL. Journal of Synchrotron Radiation 32, 2025. 669–677.