A watchmaker’s dream

“Haptic robots are used in cases where there is a separation between the actor and the object,” explains Pablo Estevez (MSc), a PhD student at the faculty of Mechanical, Maritime and Materials Engineering, in his fast, staccato English. “This can be in handling nuclear stuff, in working in a hot oven, under water or when the scale factor doesn’t match. Or if you want to move very large or very tiny things.” This last application – to move “very tiny things” – is what the team, under the supervision of Professor Rob Munnig Schmidt, is working on. Estevez and fellow PhD-students Patrice Lambert (MSc) and Ilhan Polat (MSc) are developing a ‘Teleoperated Microassembly Device’.

Lambert constructed a remote control (the master unit), Estevez the actuator (slave unit), and Polat ensures both units communicate. There a five wires communicating the master’s position to the slave a thousand times per second, and five wires communicating the forces from the slave back to the master unit. In addition, a video camera provides visual feedback. The operator will be able to manipulate microscopic objects with macroscopic ease. No more trembling tweezers under the microscope – a remote-operated micro assembly device will simply scale down the operator’s movements by a factor of 500 and scale up the feedback forces by the same amount. It would be the ideal tool for micro manufacturing, such as manual watch making.

The remote control consists of a platform supported by five, hinged limbs, each of which is coupled to an electromotor via a coupled encoder. The platform itself can be turned 45 degrees in either direction and can be squeezed. These motions, together with the platform’s three-dimensional position, are encoded in the positions of five electro-engines situated at the base of the master unit. Lambert underlines the importance of having the largest part of the unit’s mass concentrated in the device’s immobile base. The movable part should be as light and as stiff as possible. Lambert’s remote control has since been patented as PentaG, with the G standing for ‘grip’.

“Ah! Watch out for the box,” Estevez shouts to a colleague. The large, nearly empty plastic box contains a pivotal and sensitive part of the slave unit that Estevez has been constructing: the force sensors.

The movements of the engines in the master device will be converted into the currents through the actuator’s three sets of paired coils. Meanwhile, a clever contraption made of coils uses three tiny flat magnets to support an aluminium disk situated where the coils are positioned. The vertical coils lift the platform by Lorentz force, and the horizontal coils within the vertical coils rotate the platform over a small angle. “Just like an amplifier driving your speaker,” Estevez explains. In this way, the platform can be moved 0.2 millimetres in any direction and can be turned about one degree. For larger movements, a courser system should position the slave unit at more or less the correct position, after which the fine system can take over control.

A commercially available demo unit is already capable of making a virtual ball feel like rubber, steel or sand. Estevez hopes for the same result with his newly designed piezo force sensor. Physical contact with the probe will change the values of the built-in piezo resistors, translating into forces on the hand of the operator. Hence, a doctor injecting a living cell will actually feel what he is doing.

Het is een wild plan, geeft Justus Bruns (22) toe. Maar, blijkt uit het betoog van de vierdejaars IO-student, wel degelijk serieus. Met zeven anderen werkt hij keihard aan het Art Square-idee. Er is een stichting in de maak. “Want bij dit soort ideeën gaat het meestal om vijf procent inspiratie en 95 procent transpiratie.”

Het inspiratiedeel staat als een huis. “Ik loop al twee jaar rond met het idee dat als ik rijk zou zijn, ik zo veel mogelijk opvallende billboards zou kopen om ter beschikking te stellen aan kunstenaars. Ik denk dat er veel mensen rondlopen die iets inspirerends kunnen en daarmee de wereld triggeren.” Die mensen hebben in Bruns’ ogen in de huidige samenleving veel te weinig ruimte in verhouding tot de mensen die via advertenties frisdranken en de laatste elektronische gadgets aanprijzen.

Maar ja, realiseert Bruns zich, rijk worden zit er voorlopig niet in. Toch wil hij proberen tijd en ruimte op zo veel mogelijk billboards te kopen om er kunst op kwijt te kunnen. Toen hij zijn idee vertelde aan Ernst-Jan Pfauth van de nrc next-blog, werd die heel enthousiast. “We zijn samen aan de slag gegaan.”
Inmiddels rolt het balletje flink. “We hebben een team van acht mensen uit diverse steden; studenten en ex-studenten.” Het eerste doel is om Times Square in New York te veroveren. “Dat is de grootste en bekendste advertentieplek in de wereld en in het financiële hart van de wereld.” Daarmee zetten ze hoog in, ook wat betreft de kosten. Uit een artikel op internet uit 2000 bleek dat een billboard op een prominente plek op het beroemde plein omgerekend 166 duizend euro per maand kostte. “Heel grof geschat kost het veertig miljoen euro per jaar om op Times Square een jaar lang het grootste deel van de billboards af te huren.”

“Via onder meer Facebook en Twitter willen we mensen overhalen geld te doneren, zo van één tot tien euro. Maar meer mag ook. Met hun bijdragen willen we advertentieruimte kopen.”

Intussen benadert Bruns ook kunstenaars. “Iemand van onze groep kent de kunstwereld. We hebben al contacten in China, Zuid-Afrika, België, Kenia, Zuid-Amerika en Australië”, somt Bruns op. “We hebben er ook veel in de Verenigde Staten, waar ons idee veel aandacht krijgt. De kunstenaars zijn heel enthousiast, omdat ze via de ruimte op Times Square de reguliere wereld binnenkomen en niet meer verstopt zitten in galeries en musea.”
Ondanks al het enthousiasme weet Bruns dat het niet makkelijk wordt. “We krijgen straks van veel mensen geld en daar moeten we iets goeds voor teruggeven, iets wat de gevers het mooist en coolst vinden. En je moet de kunstenaars tevreden stellen. Als je een half uur hebt, kun je ze waarschijnlijk niet allemaal heel kort laten zien. Je moet dus selecteren.”

Een ander probleem is het verkrijgen van tijd en ruimte op de billboards. “De ruimte is verhuurd, soms voor heel lang. Coca Cola zit al sinds 1920 op Times Square. Je moet er tussen zien te komen. We hopen via media-aandacht en contacten met de eigenaren van de billboards ruimte te krijgen. Ik denk dat dit van het hele idee het meest gecompliceerd is.”
Een simpel idee dus, maar wel lastig uit te voeren, vat Bruns samen. “Er is nog veel werk te doen. Misschien is het een mooie case om te verwerken in mijn master design for interaction. Ik moet het mijn docent nog vragen, maar bij deze weet hij het dus nu.”