Er Keramik Nøglen til at Udvide Sanserne i Blød Robotik til at Omfatte Berøring og Temperatur?

Ligner du det eller ej, din næste kollega kan være en robot. I dag finder flere og flere mennesker sig selv arbejdende sammen med autonome maskiner. Disse enheder er ideelle til at udføre opgaver, der strækker sig fra sortering af genstande til udførelse af operationer. Derfor er der en stærk efterspørgsel efter at udvide rækken af sanser, så disse enheder bedre kan forstå deres omgivelser.

Roboter, der kan føle og manipulere genstande som en menneskehand, er på vej. For nylig tog en gruppe Empa-ingeniører konceptet med robotter, der kan føle, et skridt videre. Her er alt, du behøver at vide om, hvordan keramik kan være nøglen til at skabe robotter, der kan føle temperatur, berøring, tryk og mere.

Smart Keramik Studie

Studiet “Sensor-Embedded Muscle for Closed-Loop Controllable Actuation in Proprioceptive Biohybrid Robots,”¹ offentliggjort i Advanced Intelligent Systems, beskriver, hvordan ingeniører anvendte avanceret keramik til at skabe robotkomponenter, der kan føle. I artiklen dykker ingeniørerne dybt ned i skabelsen af kunstige føleenheder, der udnytter elektriske pulser og sensorer integreretekte i robotens overflade.

Source – Advanced Intelligent Systems

Blød Keramik

For at forstå projektet, skal du først tage et øjeblik til at erkende, at keramik kommer i mange forskellige former. Mens du måske tænker på dekorationer eller køkkenartikler, findes der også højpræstationskeramik. Disse enheder leder elektricitet og giver en solid struktur for mange elektronikprodukter i dag. Bemærkelsesværdigt begyndte forskerne deres bestræbelser med at eksperimentere med forskellige keramikarter for at registrere deres adfærd og egenskaber.

Under forsøgene beskrev holdet, hvordan de tog dette materiale og brød det ned i små partikler. Partiklerne blev herefter integreret i en termoplastisk matrix. Interessant nok blev en professionel 3D-printer brugt til at sikre, at integrationsprocessen blev gennemført præcist. Herefter blev den strækbare plast manipuleret, så ingeniørerne kunne registrere materialets adfærd på tværs af forskellige elasticiteter og positioner.

Højpræstationskeramik Test

De bløde sensor-materialer blev testet for at se, om de kunne registrere temperatur, strækning, tryk eller fugtighed. Disse enheder kunne registrere de forskellige sanser ved hjælp af elektriske pulser. Herefter tog holdet den keramiske feltmatrix og brugte den til at skabe en protese-hånd.

Protese-hånd

Protese-hånden blev herefter brugt til at teste nøjagtigheden og følsomheden af de bløde sensorer. Skarpt registrerede sensorerne, der blev brugt i hånden, var designede til at registrere varme og tryk. Derudover kunne materialet fortælle sin position i forhold til andre dele af hånden. Studiet konkluderede, at holdet lykkedes i at skabe en hånd, der kunne føle trykket og endda reagere, når den berørte en anden person.

Robot-hud

Næste skridt for forskerne var at forsøge at skabe robot-hud. Holdet begyndte med at skabe en flerskiktet keramisk matrix. Matrixen blev fyldt med keramikpartikler med en speciel lagdækningsopsætning til at overvåge berøring og temperaturændringer. Denne robot-hud var designet til at se og føles som menneskehud, hvilket gjorde den til en smart mulighed for robotter, der arbejder nær mennesker. Herefter gik holdet i gang med at skabe en AI-model.

Smart Protese

En AI-model styrer håndens reaktioner baseret på omgivelserne og betingelserne. Specifikt blev AI-modellen trænet med 4500 målinger og muskelsammenføjninger. Denne træning blev udført med ingeniører fra ETH Zurich og University of Tokyo. Protesen bruger væv-integrerede piezoresistive sensorer, der giver enheden mulighed for at generere strøm fra bevægelse, hvilket eliminerer behovet for batterier.

Resultater

Studiets resultater demonstrerer præcis, hvordan en robot kan udvikles, der har evnen til at arbejde sammen med mennesker på en sikker måde. Disse enheder kan genkende, når de støder ind i en person, og endda trække sig tilbage for at forebygge skader. Derudover lærer systemets AI konstant af hver interaktion, hvilket gør det til den første proprioceptive biohybrid-robot, der kan føle.

Potentiale Anvendelser

Der er mange anvendelser for denne teknologi. Kopling af avancerede AI-systemer med robotter, der kan føle, vil føre til udviklingen af sikrere maskiner. Disse enheder vil kunne udføre opgaver, der tidligere kun var mulige for mennesker. Derudover vil de være mere fleksible, da de kan registrere deres omgivelser og tilpasse deres handlinger efter betingelserne.

Blød Robotik

Blød robotik er enheder, der anvender bløde materialer i stedet for traditionelle metoder. Bløde robotter kommer i mange former. For eksempel skal robotiske sorteringssystemer plukke frugt og andre følsomme produkter og flytte dem uden at forårsage skade. Disse enheder er på vej til at se en stor opgradering med introduktionen af sensor-hud og andre modifikationer, der giver dem mulighed for at fungere som menneskehænder.

Bløde robotter har været genstand for interesse i løbet af det seneste år på grund af flere årsager. De kan støde ind i dig og ikke skade dig. Desuden kan disse enheder ofte ændre deres form for at navigere i svært tilgængeligt terræn. Denne udvikling vil sikre, at bløde robotter snart kan føle temperatur og tryk.

Sundhedspleje

Flere virksomheder specialiserer sig i robotkirurger. Disse enheder opererer ved hjælp af præcision og optiske sensorer for at guide enheden. Introduktionen af tryk- og temperatursensorer ville give disse robotter mulighed for at udføre mere komplekse operationer, samtidig med at de forbliver i kontakt med patientens tilstand.

Bemærkelsesværdigt kunne smarte proteser hjælpe millioner af patienter med at nyde en bedre livskvalitet. Disse næste generations-enheder kunne integrere multiple sanser, hvilket giver patienten en naturlig oplevelse. Derudover, når du kombinerer denne teknologi med nyere gennembrud i hjernestyring, kan du se dagen, hvor patienternes erstatningsproteser er mere kapable end deres originale.

Søgning og Redning

Bløde robotter har fundet en speciel formål inden for søgnings- og redningssektoren. Disse enheder kan navigere i ru terræn, der ofte er umuligt for mennesker at nå. De kan formas som slanger eller små insekter. Imponerende nok er disse enheder allerede blevet brugt i katastrofeområder, hvor de har hjulpet med at redde liv.

I fremtiden kunne denne enhed lokalisere mennesker i nød og endda udføre rutinemæssige skanninger af deres vitale tegn, hvilket giver redningsfolk vigtig information om patientens tilstand. Derudover kunne disse robotter blive brugt til at evaluere den bedste rute til at hente den sårede person, da enheden kunne underrette redningsfolk om farer som varme eller kemikalier.

Landbrug

Verdens landmænd søger konstant efter lette måder at forbedre effektiviteten på. Da verdens befolkning stiger, fortsætter landmænd med at innovere for at møde den stigende efterspørgsel. Blød robotik kan hjælpe dem med at forberede, plante, høste og kontrollere kvaliteten af deres fødevarer. Disse enheder kan integrere AI-systemer for at forbedre deres evner endnu mere, hvilket giver dem mulighed for at bestemme med høj nøjagtighed, om en frugt er moden eller dårlig.

Forskere

Empas Laboratorium for Højpræstationskeramik ledte studiet. Holdet arbejdede med University of Cambridge for at udvikle den AI-drevne protese-lim. Nu søger holdet at udvide deres bestræbelser og skabe mere avanceret robotik samt udvide deres AI-models muligheder.

Virksomheder, der kan Drage Fordel af denne Forskning

Robotindustrien er på vej op. Derfor kan du forvente at se flere enheder på produktionslinjerne i de kommende år. Robotter reducerer risiko og omkostninger og forbedrer kvaliteten. Derfor vil flere virksomheder gerne integrere dem. Her er en virksomhed, der er ideelt positioneret til at drage fordel af denne forskning i de kommende måneder.

Zebra Technologies

Zebra Technologies (ZBRA ) indtrådte markedet i 1969, oprindeligt som Data Specialties Incorporated. Virksomhedens grundlæggere, Ed Kaplan og Gerhard Cless, ønskede at skabe en software- og hardware-virksomhed, der kunne forbedre brugeroplevelsen og tilbyde innovative løsninger. De lykkedes i at bane vejen for flere teknologier, herunder som den første virksomhed, der tilbød en stregkodescanner.

I 1986 omdøbte virksomheden sig til Zebra Technologies. I dag er det en populær leverandør af robotter, services og softwareløsninger. Specifikt kan fetch100 Roller og Fetch100 Shelf navigere i produktionsfaciliteter og sortere og levere containere på egen hånd. Robotten er allerede i brug globalt og har modtaget positive anmeldelser.

Zebra Technologies er en smart tilføjelse til din portefølje af flere årsager. For det første har virksomheden været på vej op i lang tid. Den har sikret en nævning i Forbes magasins “200 Best Small Companies in America” fra 2002 sammen med andre anerkendelser.

Virksomhedens aktie, ZBRA, har oplevet betydelig og stabil vækst gennem året. Den har en markedsværdi på $19.808B og dens PE Ratio (TTM) er 51.82. Denne vækst skyldes en kombination af, at virksomheden har udgivet nye produkter og deres investeringer i robotteknologi og AI-systemer.

Keramik i Robotik

Anvendelsen af højpræstationskeramik i robotik er på vej til at ændre markedet i fremtiden. Dette studie viser, at robotter kan konfigureres til at føle på en måde, der ligner mennesker, hvilket giver dem mulighed for at arbejde sammen med mennesker med mindre risiko og forbedre produktiviteten. Derfor bør du forberede dig på en robot-kollega i fremtiden.

Lær om andre cool robotprojekter nu.

Studie Reference:

^{1. Filippi, M., Balciunaite, A., Georgopoulou, A., Paniagua, P., Drescher, F., Nie, M., Takeuchi, S., Clemens, F., & Katzschmann, R. K. (2024). Sensor-embedded muscle for closed-loop controllable actuation in proprioceptive biohybrid robots. Advanced Intelligent Systems. https://doi.org/10.1002/aisy.202400413}