Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование и разработка конструктивно-технологических основ создания осязательных модульных преобразователей (механорецепторов) для современных интеллектуальных робототехнических комплексов на основе нано и микросистемной техники

Номер контракта: 14.577.21.0112

Руководитель: Вернер Виталий Дмитриевич

Должность руководителя: председатель научного совета

Докладчик: Суханов Владимир Сергеевич, начальник лаборатории НИЛ ММЭА

Организация: федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-производственный комплекс "Технологический центр"
Организация докладчика: федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-производственный комплекс "Технологический центр" МИЭТ"

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
матричный тактильный датчик, механорецептор, мэмс, робототехника, 2d-3d сборка

Цель проекта:
Исследование и разработка комплекса научно-технических решений, направленных на создание нового поколения высокочувствительных искусственных тактильных механорецепторов, основанных на технологиях микросистемной техники и предназначенных для использования в робототехнических комплексах.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Основные результаты
- Схемотехническая реализация и топология кристалла тактильного микросенсорного устройства (далее - ТМСУ);
- Лабораторные технологические регламенты изготовления ТМСУ;
- Макеты кристаллов ТМСУ и модулей ТМСУ.
- Экспериментальные образцы кластера ТМСУ (далее ЭО кластера ТМСУ).
- Программное обеспечение для визуализации данных кластера ТМСУ на ПЭВМ.
- Проект технического задания на проведение ОКР по теме «Разработка осязательных модульных преобразователей (механорецепторов) для современных интеллектуальных робототехнических комплексов на основе нано и микросистемной техники».

2. Основные характеристики
ЭО кластера ТМСУ должен иметь следующие технические характеристики:
а) Количество каналов преобразования в одном кластере…….….не менее 152;
б) Количество модулей в кластере………………………..….…….не менее 8;
в) Рабочий диапазон температур, °С………………………………. от +5 до +50;
г) Рабочий диапазон напряжения питания, В………………...……..от 2,7 до 3,6.
д) Интерфейс передачи данных………………..последовательный (I2C, SPI)
е) Скорость обработки данных ……………….………..не менее 1000 каналов/с
ж) Разрядность дискретизации….………………………………..не менее 10 бит
и) Диаграмма направленности неплоского кластера …………...…….полусфера
к) Габаритные размеры неплоского кластера……диаметр 15мм, длина 20-25мм

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Разработанные в ходе ПНИ технические и технологические решения по изготовления кластеров ТМСУ должны быть предназначены для применения в составе перспективных робототехнических комплексов широкого назначения.
Прогноз и обоснование направления дальнейших разработок конструкций и технологий должен стать основой для формирования перспективных НИОКР в области создания ТМСУ и новейших робототехнических средств на их основе для применения в медицине, на объектах топливно-энергетического комплекса и других отраслях народного хозяйства.
Разработанные конструктивно-технологические методы создания высокочувствительных ТМСУ должны обеспечивать создание ряда малогабаритных высокочувствительных микросенсорных устройств, имеющих различную степень функциональной завершенности: кристаллы ТМСУ, модули ТМСУ и кластеры ТМСУ.
Разрабатываемый проект технического задания на ОКР должен быть направлен на производство серийной продукции – функционально законченного кластера ТМСУ.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Разработанные конструктивно-технологические основы создания осязательных модульных преобразователей могут применяться в производстве роботов-манипуляторов различного назначения:
- бытовые андроиды, осуществляющие осязательный контакт с человеком и предметами окружающей обстановки;
- лабораторные манипуляторы для работы в особо опасной среде (химические и биологические препараты);
- медицинские операционные комплексы, аналогичные Да-Винчи;
- промышленные манипуляторы для сложных технологических операций, когда по условиям производства соединяемые детали не всегда имеют предсказуемую форму или не определенную текстуру поверхности.
Результаты работы могут использоваться для проведения исследований в области создания активных бионических протезов, направленных на передачу тактильных воздействий от протеза в кору головного мозга посредством электрических импульсов через нейроны. До настоящего времени в США проводилось протезирование рук, которое имело целью – управлять движением механизма на основании анализа сигналов, снимаемых с нервных окончаний пациента. Существуют попытки решать и обратную задачу: например, передавать сигналы от видеокамеры в мозг человека. Разрабатываемая технология позволит дать инструментальную поддержку для аналогичных исследований в области тактильной чувствительности.
Результаты работы могут быть также использованы при создании автономного медицинского механорецепторного диагностического инструмента нового поколения, обеспечивающего повышение достоверности диагностирования и расширения области возможного применения.
Кроме того, результаты могут быть применены для построения различных поверхностей, детектирующих прикосновения самого человека. Например, в транспортных средствах, для обнаружения состояния «брошенный руль» или при создании медицинских манекенов для обучения персонала приёмам массажа и пальпации.
Кроме того, разрабатываемая технология должна обеспечивать не только осязательную, но также и температурную чувствительность, что в наибольшей степени соответствует свойствам живой кожи.

Текущие результаты проекта:
- Разработана схемотехническая реализация кристалла ТМСУ.
- Разработаны конструктивно-технологические требования и ограничения, а также - топология кристалла ТМСУ.
- Изготовлен комплект фотошаблонов для изготовления кристаллов ТМСУ.
- Разработан лабораторный технологический регламент изготовления кристаллов ТМСУ.
- Разработан лабораторный технологический регламент изготовления модулей ТМСУ.
- Проведено компьютерное математическое моделирование кластера ТМСУ. Определена оптимальная конфигурация тензорезисторов и места их расположения на мембране МЭМС.
- Разработаны программа и методики лабораторных исследований макетов кристаллов и модулей ТМСУ.
- Разработан ЭО кластера ТМСУ.
- Разработан лабораторный технологический регламент изготовления ЭО кластера ТМСУ.
- Изготовлены макеты кристаллов и модулей ТМСУ.
- Проведены лабораторные исследования макетов кристаллов и модулей ТМСУ.