요약
Open MicroManipulator는 값싼 시판 부품으로 50nm 단위까지 움직이는 오픈소스 3축 정밀 이동 장치입니다.
깃허브 사용자 0x23이 설계 파일과 펌웨어를 모두 공개한 프로젝트입니다. 광학 부품 정렬, 전자 부품 탐침 검사, 현미경 작업처럼 아주 미세한 위치 조정이 필요한 곳에 쓰도록 만들었다고 합니다.
왜 중요한가
- 값비싼 상용 나노 위치 장치가 하던 일을 시판 스테퍼 모터와 직접 가공한 부품으로 상당 부분 해낼 수 있음을 보여 줍니다.
- 회로 기판은 SMD 납땜(작은 표면 실장 부품 납땜) 없이 조립할 수 있어 취미 제작자도 따라 만들 수 있습니다.
핵심 내용
- 값싼 자기 회전 엔코더(모터 회전각을 재는 센서)의 분해능을 '자기 기어' 방식으로 30배 높여 최소 50nm씩 움직입니다.
- 다만 분해능이 곧 정확도는 아니며, 절대 위치 정확도는 이보다 훨씬 떨어진다고 제작자가 직접 밝혔습니다.
- 볼 조인트로 이은 병렬 링크 구조(여러 팔이 한 받침대를 함께 받치는 방식)로 강성과 넓은 이동 범위를 함께 얻었습니다.
- 스테퍼 모터는 30kHz 폐루프 제어(센서로 위치를 확인하며 계속 보정하는 방식)로 구동합니다.
- 부품은 CNC 가공을 기준으로 설계했고, 3D 프린팅도 되지만 열 때문에 위치가 조금씩 틀어지는 문제를 감수해야 합니다.
HN 반응
- 제작자의 유튜브 영상 연작을 높이 평가하는 댓글이 많았고, 지금 직접 만들고 있다는 이용자도 여럿 나왔습니다.
- 모터 열로 플라스틱 부품이 변형되는 문제가 거론됐고, 실제 계측 수준이라면 온도 제어와 비싼 위치 센서가 필요해 상용 제품 값이 납득된다는 의견도 나왔습니다.
이 사람 진짜 전설이에요. 이걸 만드는 과정을 담은 시리즈 전체랑 다른 영상들도 유튜브에서 볼 만해요. 서브마이크로미터 매니퓰레이터를 직접 만드는 영상을 유튜브에 툭 올려놓고는 홍보 한 번 없이 연기처럼 사라지는 평범한 사람이 있다는 게 놀랍기만 해요.
여기서 이걸 보고 놀랐습니다. 1년 전에 처음 봤을 때와 비교해 뭔가 업데이트된 게 있나 궁금했는데, 제가 깊이 파보지는 않았지만 그런 것 같지는 않네요. 정말 멋진 작품이고, 이걸로 취직했거나 이와 관련된 일로 바빠서 생계 걱정은 없었으면 좋겠습니다.
수정: 영상 직접 링크입니다. https://www.youtube.com/watch?v=MgQbPdiuUTw
온도 같은 건 어떻게 관리하는지 궁금하네요. 예전에 금속 활자 조각에 주기도문을 새기던 시절에는 온도가 꽤 두드러진 영향을 줬거든요.
저도 전문가는 아니지만 영상이 아주 자세합니다. 상대적으로는 극도로 정밀한 폐루프 제어를 씁니다. 어차피 이 분야는 전부 상대적이에요. GPS 같은 게 없으니까요. 전부 기준 좌표계와 3-2-1 위치 결정으로 돌아갑니다. [수정: 아, 영상 21:47에서 (의역하면) "모터 열 때문에 플라스틱 부품이 따뜻해지면서 열 드리프트로 오프셋이 생긴다"고 말하네요.]
보통은 플랫폼을 온도 조절/가열되는 방풍 챔버 안에 넣고, 방진 테이블 위에 올리고, 좁은 작동 온도 범위(±0.5℃)에서 변형이 거의 없는 균일한 소재를 씁니다.
스테이지 자체는 핵심 설계 제약이 아니고, 여전히 비싼 건 위치 센서입니다. 어느 시점이 되면 pi-usa 스테이지의 터무니없던 가격이 돌이켜 보니 꽤 합리적이었다는 걸 깨닫는 사람들이 있습니다.
Best regards, =3
흥미롭네요. 말씀하신 걸 찾아봤습니다. 이건 "취미 프로젝트" 수준으로는 환상적인 엔지니어링이지만, 정말로 이 정도 수준의 계측을 해야 하는 상황이라면 여전히 다뤄야 하고 보정해야 할 요소가 많습니다. 보통은 큰돈이 걸려 있어서 실수하면 안 되는 경우죠. 그래서 업계에서 검증된 솔루션이 비싼 겁니다. -휴- 이건 제가 직접 쓴 글입니다.
Reprap micron도 비슷한 걸 하고 있어요. https://github.com/VikOlliver/RepRapMicron
오늘 누가 그걸 올렸어요. https://news.ycombinator.com/item?id=50141076
그거 저예요. 댓글을 쓰고 나서야 글로 올려야겠다는 생각이 들었어요.
압전 스틱-슬립 액추에이터를 직접 만들어서 서브나노미터(!) 분해능을 낼 수도 있습니다. 비용은 더 들지만요(약 1,000달러) [1].
[1] "Low-cost, open-source XYZ nanopositioner for high-precision analytical applications"(고정밀 분석 용도를 위한 저가 오픈소스 XYZ 나노포지셔너), https://doi.org/10.1016/j.ohx.2022.e00317
수동식, 즉 모터 없는 버전도 있습니다. 저는 지금 이걸 만들고 있고, 나중에 개조해서 점회절 간섭계에 쓸 계획입니다.
https://youtu.be/-mgqq0qdDRM?is=nFvtZprNsjMn3D_B
와, 여기서 이걸 보다니 신기하네요. 저는 이번 주말 내내 이걸 만들고 있었거든요.
델타봇과 비교하면 어떨지 궁금하네요. 델타봇은 꽤 미세한 분해능이 필요한 픽앤플레이스에 자주 쓰이잖아요. 델타 쪽이 이것보다 가동 범위는 훨씬 넓을 것 같은데요.