الروبوتات اللينة تستفيد من الفوم السائل

من الروبوتات الصلبة إلى الروبوتات اللينة

When we think of robots, we either think of massive and bulky industrial robots or futuristic robots from science fiction, from the الـ Terminator المخيف المصنوع بالكامل من المعدن إلى التصميم الأكثر انسيابية وسلاسة لـ iRobot والروبوتات البشرية الحديثة الحقيقية .

المصدر: Sanctuary

على أي حال، الثابت هو الوجود الدائم للأسطح المعدنية والبلاستيكية الملساء، مع حركات تُنشأ بواسطة المكابس، والهيدروليك، والمحركات الكهربائية.

مع ذلك، قد يكون هذا التصميم الروبوتي مقيدًا للعديد من التطبيقات التي تتطلب نهجًا أكثر دقة. على سبيل المثال، أي روبوت يتفاعل مع أجسام البشر، أو على سبيل المثال، الروبوتات المسؤولة عن قطف الفواكه، تحتاج إلى مواد أكثر مرونة ولمسة أكثر رقة لتجنب إحداث ضرر.

استجابةً لهذه الحاجة، يظهر مجال جديد يُدعى الروبوتات اللينة. يستكشف هذا المجال كيفية استخدام مواد جديدة لإنشاء أنظمة روبوتية ناعمة ومرنة. لقد استكشفنا هذا المفهوم سابقًا، لا سيما في كيفية مساعدة الطباعة ثلاثية الأبعاد في بناء روبوتات لينة، أو كيف يمكن للهايدروجيل زيادة رشاقة الروبوتات.

يمكن الآن إضافة فكرة جديدة إلى مجموعة تقنيات الروبوتات اللينة هذه: الفوم السائل.

من المنطق الهوائي إلى الفوم السائل

Researchers at the University of Texas studied how foam could be a new material from which to build robots. They discovered that the flow of air through the meshlike structure of open-cell foam can replace electronics, and published their results in a scientific paper titled “Embedded Fluidic Sensing and Control with Soft Open-Cell Foams”.

The key idea started from studying a scientific field called pneumatic logic circuits. The concept is to replace electronic computation based on electricity by fluctuation of air flows.

Until now, this concept has mostly mimicked the design of electronic circuits. This greatly reduced its potential, as for more complex calculations and sensors, the size and weight of the device would become a problem.

Instead, the Rice University researchers looked to use the pressure differences created by air flowing through the microscopic pores in foam sheets. When adding multiple layers of such foam, they could fine-tune the way the air flows through it. This way, they could perform complex pneumatic computations and control tasks but with a much simpler circuit design than traditional pneumatic logic.

المصدر: Rice University

دائرة تماثلية مدمجة

A good example is how a section of the robot can respond to pressure. Traditional robotics would need complex electronic sensors, elaborate arms with multiple components to bend, and a battery-powered electric motor or hydraulic system to transmit and regulate the force.

Foam fluidics can instead have the reaction “built-in” the robot arm, bending when under pressure and reacting in proportion to the stimuli, like bending only half when pressed with less force.

المصدر: Rice University

Achieving it was not without challenges. One was that air density changes with changes in pressure, requiring complex calculations to model the airflow through the foam.

Creating a theoretical model that accurately predicts the airflow and reaction of the foam was one of the most important parts of this research project. Only once this was done could a design with predictable foam fluidics be built.

التطبيقات

Because foam fluidics does not rely on electronics and batteries, it can be much lighter than conventional robotic solutions. This is great for incorporating it into fabrics and clothing. Its ability to bend and move without damaging or increasing the rigidity of the fabrics also helps.

البدلات الخارجية

One first application could be to help people with limited mobility, due to handicaps or injuries. There is already a growing market of exoskeletons based on “classic robotics” to help in such cases, something we discussed in “Independence and Mobility through Robotics – How Exosuits Can Help Those with Parkinson’s Disease“.

The same technology could help to reduce injury from work requiring lifting heavy loads as well, like in warehouses, factories, or the military.

We can easily imagine how foam fluidic-based robotics could be incorporated into such exosuits or even replaced entirely as part of custom-designed pants, shirts, etc., as they are easier to wear and more discreet.

تقنية الواقع الافتراضي / اللمس

Haptic systems create a sense of touch in reaction to a stimulus. For a while, this was the next frontier of virtual reality and other simulation systems.

Foam fluidics can help create new types of haptic sensors, detecting movement, for example, and converting it into a message on a touch sensor. This could be used, for example, to create more accurate digital replicas of movement in simulations used in training doctors, emergency responders, or other professional training.

المصدر: Rice University

الاستثمار في الروبوتات اللينة

Soft robotics is likely to be a growing part of the growing robotics market, as robots are progressively exiting the factory floors to help with patient care in hospitals, move goods in warehouses, or pick fruits in fields and orchards.

You can invest in robotic-related companies through many brokers, and you can find here, on securities.io, our recommendations for the best brokers in the USA, Canada, Australia, the UK, as well as many other countries.

If you are not interested in picking specific robotic companies, you can also look into robotic ETFs like GlobalX Robotics & Artificial Intelligence ETF (BOTZ), iShares Automation & Robotics UCITS ETF (RBOT), or Global Robotics & Automation Index ETF (ROBO), which will provide a more diversified exposure to capitalize on the growing robotic industry.

شركات الروبوتات اللينة

1. Ekso BIONICS

Ekso BIONICS هي رائدة في تكنولوجيا الهياكل الخارجية. أطلقت أول هيكل خارجي تجاري لإعادة التأهيل الطبي في عام 2012. ومنذ ذلك الحين، حصلت على الموافقة على بدلات ABI و EVO.

بينما تتوسع في قطاع العمل/المهام الثقيلة، لا تزال الشركة تركز في الغالب على العلاجات والتنقل الطبي.

إيرادات الشركة تنمو بسرعة (+38٪ سنةً بعد سنة في 2023).

المصدر: Ekso

قامت مؤخرًا باستحواذها على وحدة الأعمال Human Motion and Control (HMC) من شركة Parker Hannifin لتضيف إلى عروضها الهياكل الخارجية المدفوعة للأشخاص المصابين بالشلل.

قد يشير هذا إلى أن لدى Ekso إمكانات جيدة لتصبح مستحوذًا متسلسلًا في قطاع الهياكل الخارجية، من خلال توسيع عروضها بمزيج من البحث والتطوير الداخلي والاستحواذات الاستراتيجية.

كما يجعلها ذلك مرشحًا جيدًا لتبني الروبوتات اللينة والفوم السائل في تصاميمها المستقبلية، مع الاستفادة من وجودها المبكر في أسواق الهياكل الخارجية الطبية والعملية.

2. Soft Robotics

This company is privately listed and in 2018, ABB Technological Ventures struck a partnership with Soft Robotics to speed up the development of microfluidic computation and soft gripper for robots.

Since Soft Robotics is focused on developing mGripAI, a robot with a soft grip for the food processing industry, combined with a full 3D vision and AI system and using ABB’s IRB360 FlexPicker gripping system.

المصدر: Soft Robotics

The company’s approach could potentially integrate foam fluidics as well, considering its experience in applying to real-world applications microfluidic technology.

You can also see mGripAI in action in this video.

For now, the main application of soft actuators and grips is in industrial processes, especially in the food industry.

Further down the road, progress in AI, machine vision, battery tech, and soft robotics should allow for the creation of robots able to assist nurses, shopkeepers, cleaners, and other tasks that are currently reliant almost 100% on human labor.