Er keramik nøglen til at udvide sanserne i blød robotteknik til at inkludere berøring og temperatur?

Uanset om du kan lide det eller ej, kan din næste kollega være en robot. I dag arbejder flere mennesker side om side med autonome maskiner. Disse enheder er ideelle til at udføre opgaver, der spænder fra sortering af genstande til at udføre operationer. Derfor er der stor efterspørgsel efter at udvide sensorernes rækkevidde, så disse enheder kan forstå deres miljø bedre.

Robotter, der kan føle og manipulere genstande som en menneskelig hånd, er på vej. For nylig tog en gruppe ingeniører fra Empa konceptet med følende robotter 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.

Studie om smarte keramik

Studiet “Sensor-Embedded Muscle for Closed-Loop Controllable Actuation in Proprioceptive Biohybrid Robots,”¹ offentliggjort i Advanced Intelligent Systems, beskriver, hvordan ingeniører brugte avanceret keramik til at skabe robotkomponenter, der kunne føle. I artiklen går ingeniørerne i dybden med fremstillingen af kunstige følesystemer, der udnytter elektriske pulser og sensorer, som er direkte integreret i robotens overflade.

Blød keramik

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

Under forsøgene beskrev teamet, hvordan de tog dette materiale og nedbrød det i små partikler. Partiklerne blev derefter indlejret i en termoplastisk matrix. Interessant nok blev en professionel 3D-printer brugt til at sikre, at indlejringsprocessen blev udført præcist. Derefter blev den strækbare plast manipuleret, så ingeniørerne kunne registrere materialets opførsel under en række forskellige elasticiteter og positioner.

Test af højtydende keramik

De bløde sensormaterialer blev testet for at se, om de kunne registrere temperatur, deformation, tryk eller fugtighed. Disse enheder var i stand til at registrere de forskellige sanser ved hjælp af elektriske pulser. Herefter tog teamet den keramiske feltmatrix og brugte den til at fremstille en protetisk hånd.

Protetisk hånd

Den protetiske hånd blev derefter brugt til at teste nøjagtigheden og følsomheden af de bløde sensorer. Omhyggeligt blev sensorerne i hånden designet til at registrere varme og tryk. Derudover kunne materialet bestemme sin position i forhold til andre dele af hånden. Undersøgelsen konkluderede, at teamet lykkedes med at skabe en hånd, der kunne føle det påførte tryk og endda reagere, når den rørte ved en anden person.

Robot hud

Det næste skridt for forskerne var at forsøge at skabe robot hud. Teamet begyndte med at fremstille en flerlaget keramisk matrix. Matricen blev fyldt med keramiske partikler med en særlig lagdelt opsætning for at overvåge berøring og temperaturændringer. Denne robot hud blev designet til at se ud og føles som menneskelig hud, hvilket gør den til en smart løsning for robotter, der arbejder tæt på mennesker. Herefter gik teamet i gang med at udvikle en AI-model.

Smart protetisk

En AI-model styrer håndens reaktioner baseret på miljøet og forholdene. Specifikt blev AI-modellen trænet ved hjælp af 4500 målinger og muskelbevægelser. Denne træning blev udført sammen med ingeniører fra ETH Zürich og University of Tokyo. Den protetiske enhed bruger vævsintegrerede piezoresistive sensorer, som gør det muligt for enheden at generere strøm fra bevægelse, hvilket eliminerer behovet for batterier.

Resultater

Resultaterne af undersøgelsen viser præcis, hvordan en robot kan udvikles, så den har evnen til sikkert at arbejde side om side med mennesker. Disse enheder kan genkende, når de støder ind i en person, og endda trække sig tilbage, hvilket forhindrer skader. Derudover lærer systemets AI konstant af hver interaktion, hvilket gør den til den første proprioceptive biohybride robot, der kan føle.

Potentielle anvendelser

Der er mange anvendelser for denne teknologi. Kombinationen 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 alsidige, da de kan opfatte deres miljø og justere deres handlinger i forhold til forholdene.

Blød robotteknik

Blød robotteknik er enheder, der bruger bløde materialer i stedet for traditionelle metoder. Bløde robotter findes i mange former. For eksempel skal robot-sorteringsmaskiner plukke frugt og andre følsomme produkter og flytte dem uden at forårsage skade. Disse enheder vil få en betydelig opgradering med introduktionen af følende hud og andre modifikationer, der gør dem i stand til at fungere som menneskelige hænder.

Bløde robotter har for nylig vakt interesse af flere grunde. De kan støde ind i dig uden at skade dig. Desuden kan disse enheder ofte ændre deres form for at bevæge sig over svært terræn. Denne udvikling vil sikre, at bløde robotter snart vil kunne føle temperatur og tryk.

Sundhedspleje

Flere virksomheder specialiserer sig i robotkirurger. Disse enheder fungerer ved hjælp af præcisions- og optiske sensorer for at hjælpe med at styre enheden. Introduktionen af tryk- og temperatursensorer ville gøre det muligt for disse robotter at udføre mere indviklede operationer, mens de forbliver i overensstemmelse med patientens tilstand.

Bemærkelsesværdigt kan smarte proteser hjælpe millioner af patienter med at få en bedre livskvalitet. Disse næste generations produkter kan integrere flere sanser og give patienten en naturlig oplevelse. Derudover, når du kombinerer denne teknologi med de seneste gennembrud inden for hjernekontrol, kan du se den dag, hvor patienters erstatningsproteser er mere kapable end de oprindelige.

Søgning og redning

Bløde robotter har fundet et særligt formål inden for søgning og redningssektoren. Disse enheder kan bevæge sig gennem hårde miljøer, som ofte er umulige for mennesker at nå. De kan formes som slanger eller som små insekter. Imponerende har disse enheder allerede været brugt i katastrofeområder, hvor de har hjulpet med at redde liv. Robotterne kan komme ind i farlige katastrofezoner og yde meget nødvendig hjælp, før andre redningsfolk ankommer.

I fremtiden kan denne enhed lokalisere personer i nød og endda udføre rutinemæssige scanninger af deres vitale tegn, hvilket giver redningsfolk vigtige data om patientens tilstand. Derudover vil disse robotter blive brugt til at vurdere den bedste rute for at hente den sårede person, da enheden kan advare redningsfolk om farer som varme eller kemikalier.

Landbrug

Verdens landmænd søger konstant efter nemme måder at forbedre effektiviteten på. Efterhånden som verdens befolkning vokser, fortsætter landmændene med at innovere for at imødekomme den stigende efterspørgsel. Blød robotteknik kan hjælpe dem med at forberede, såede, høste og kontrollere kvaliteten af deres fødevarer. Disse enheder kan integrere AI-systemer for yderligere at forbedre deres kapaciteter, så de med høj præcision kan afgøre, om en frugt er moden eller fordærvet.

Forskere

Empas Laboratorium for højtydende keramik ledte undersøgelsen. Teamet arbejdede sammen med University of Cambridge om at udvikle den AI-drevne protetiske lem. Nu søger teamet at udvide deres indsats og skabe mere avanceret robotteknik samt udvide AI-modellens kapaciteter.

Virksomheder, der kan drage fordel af denne forskning

Robotindustrien er i vækst. Derfor kan du forvente at se flere enheder på produktionslinjerne i de kommende år. Robotter reducerer risiko og omkostninger og forbedrer kvaliteten. Som følge heraf ønsker flere virksomheder at integrere dem. Her er en virksomhed, der er ideelt placeret til at udnytte denne forskning i de kommende måneder.

Zebra Technologies

Zebra Technologies (ZBRA ) gik ind på markedet i 1969, oprindeligt som Data Specialties Incorporated. Firmaets grundlæggere, Ed Kaplan og Gerhard Cless, ønskede at skabe en software- og hardwarevirksomhed, der kunne forbedre brugeroplevelsen og tilbyde innovative løsninger. De lykkedes med at banebrydende flere teknologier, herunder at være den første virksomhed, der tilbød en stregkodescanner.

I 1986 omdøbte virksomheden sig til Zebra Technologies. I dag er den en populær leverandør af robotteknik, tjenester og softwareløsninger. Specifikt kan fetch100 Roller og fetch100 Shelf navigere i produktionsfaciliteter og sortere samt levere kasser autonomt. Robotten er allerede i brug globalt og har modtaget høje anmeldelser.

Zebra Technologies er en smart tilføjelse til din portefølje af flere grunde. For det første har virksomheden været i vækst i lang tid. Den fik en omtale i Forbes’ magasin i 2002 med “200 bedste små virksomheder i Amerika” sammen med andre anerkendelser.

Virksomhedens aktie, ZBRA, har oplevet betydelig og stabil vækst gennem året. Den har en markedsværdi på $19,808 milliarder, og dens P/E-forhold (TTM) er 51,82. Denne vækst skyldes en kombination af, at virksomheden har lanceret nye produkter og deres satsning på robotteknik og AI-systemer.

Keramik i robotteknik

Brugen af højtydende keramik i robotteknik vil ændre markedet fremover. Denne undersøgelse viser, at robotter kan udstyres til at føle på en måde, der ligner mennesker, hvilket gør dem i stand til at arbejde side om side med folk med mindre risiko og øget produktivitet. Derfor bør du forberede dig på en robotkollega i fremtiden.

Lær om andre spændende robotprojekter nu.

Studierreference:

^{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}