Inovação do robô LESS do CERN
Robótica para estruturas de superfície projetadas a laser
Neste artigo:
- LESS Robot Enables In-Situ Surface Treatment at CERN: Desenvolvido pela Waygate Technologies, o robô LESS realiza o tratamento LESS (Laser Engineered Surface Structures) dentro das telas de feixe do Large Hadron Collider (LHC) para eliminar nuvens de elétrons que degradam o desempenho do feixe de prótons
- Robótica de precisão para espaços confinados: O robô opera em pontos de acesso extremamente estreitos (fendas de 15 cm) e em telas de feixe longas (até 15 metros), usando um movimento de rosca sem fim acionado pneumaticamente e um cabeçote de tratamento rotativo controlado com precisão.
- Gravação a laser de alta precisão: O sistema grava padrões espirais microscópicos em superfícies metálicas com precisão de 10 mícrons, criando texturas que prendem os elétrons e evitam a formação de nuvens dentro das câmaras de vácuo do LHC.
- Inovação colaborativa com o CERN e a academia: O projeto foi um esforço conjunto envolvendo o CERN, a Universidade de Dundee e o Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia (STFC), demonstrando o poder da engenharia interdisciplinar
- Avanço na manutenção de aceleradores de partículas: O robô LESS representa um grande avanço na manutenção robótica para a física de alta energia, permitindo a modificação não invasiva e de alta precisão da superfície de um dos instrumentos científicos mais complexos do mundo.
LESS
O Large Hadron Collider (LHC) é o maior e mais potente acelerador de partículas do mundo. Ele começou a funcionar em 10 de setembro de 2008 e continua sendo a mais recente adição ao complexo de aceleradores do CERN. O LHC consiste em um anel de 27 quilômetros de ímãs supercondutores com várias estruturas de aceleração para aumentar a energia das partículas ao longo do caminho.
Desenvolvida em conjunto por pesquisadores da Universidade de Dundee e do STFC (Science and Technology Facilities Council), a tecnologia - conhecida como LESS (Laser Engineered Surface Structures) - aumenta a gama de experimentos possíveis no LHC, ajudando a eliminar a chamada "nuvem de elétrons": uma nuvem de partículas negativas que pode degradar o desempenho dos feixes primários de prótons que circulam no acelerador.
Esse tratamento de superfície in-situ deve ser realizado em tubos relativamente longos (até 15 metros) e estreitos, o que significa que a luz do laser deve ser fornecida por longas distâncias em um espaço muito limitado. Para o tratamento in-situ dos ímãs do LHC, o acesso às telas de feixe é limitado a uma fenda de entrada de 15 cm de comprimento criada pela desmontagem de parte da unidade de interconexão removível chamada módulo de plug-in. Além disso, o padrão de ranhuras escolhido exige alta precisão no movimento do cabeçote de tratamento (10 micrômetros). Todos esses requisitos levaram a um sofisticado desenvolvimento de hardware e software, ou seja, a fibra óptica com o sistema de fornecimento de feixe, o robô que carrega a fibra e fornece o tratamento dentro da tela do feixe e o sistema de controle que gerencia todo o processo.
Seção transversal da superfície tratada com LESS
Vista superior da superfície tratada com LESS.
Veja-o em ação
Objetivos do projeto
O robô de tratamento LESS é uma solução inovadora projetada e fabricada pela Waygate Technologies Robotics para o tratamento in-situ das telas de feixe do LHC. As dimensões do robô são limitadas longitudinalmente pelo slot de entrada da interconexão e pelo formato da seção transversal da tela do feixe. O robô se move ao longo da tela do feixe usando o princípio de movimento de rosca sem fim, por meio de um sistema de fixação acionado pneumaticamente. O movimento do robô ao longo da tela do feixe é desvinculado do movimento do cabeçote de tratamento, que é realizado por um motor elétrico acoplado a um parafuso de acionamento de precisão.
Durante a estruturação LESS, o robô permanece rigidamente preso à tela do feixe e somente o cabeçote de tratamento rotativo se move longitudinalmente, gravando o padrão espiral na tela do feixe.
Os testes mostraram que é possível reformular a superfície dos metais nas câmaras de vácuo do LHC com um design que, sob um microscópio, se assemelha ao tipo de acolchoamento sonoro visto em estúdios de música. A superfície pode prender os elétrons, mantendo as câmaras livres da nuvem. A Universidade de Dundee disse que os testes iniciais no Super Proton Synchrotron, o injetor do LHC, mostraram que o método LESS é muito eficaz no controle da produção de elétrons, já que as nuvens de elétrons foram totalmente erradicadas.
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