Bløde robotter kombinerer magnetisk styring, sensorer og trådløs elektronik

Når man tænker på robotter, forestiller man sig ofte en stiv maskine. Bløde robotter er i stedet fremstillet af eftergivelige materialer, som kan bøje sig gennem snævre rum og tilpasse sig ujævne overflader. Et nyt forskningsprojekt kombinerer denne fleksibilitet med trådløs elektronik og sensorer.

Hvad er bløde robotter?

Bløde robotter har også begrænsninger. Sensorer, kredsløb, batterier og aktuatorer er ofte stive og kan hæmme bevægelsen. Udviklerne må derfor afveje elektronik og funktioner mod den fleksibilitet, der er hele teknologiens fordel.

Færre integrerede sensorer gør det lettere at undgå stive printkort og motorer, men begrænser samtidig robotten til enkle signaler og mindre selvstændig adfærd.

Et hold fra flere forskningsinstitutioner har derfor udviklet et system, hvor fleksible magnetiske materialer, trådløs elektronik og sensorer indgår i samme bløde robot.

De vigtigste tekniske udfordringer

Et integreret og programmerbart blødt robotsystem

Trådløs, multifunktionel systemintegreret programmerbar blød robot¹ beskriver en blød robot, der kombinerer magnetisk bevægelse, sensorer og trådløs kommunikation. Formålet er at give robotten flere funktioner uden at gøre den for stiv.

Næste generations bløde robot

Forskerne byggede systemet op fra bunden, så materialer og elektronik kunne fordeles uden at blokere robotens bevægelige områder. Komponentenhederne blev placeret på en fleksibel struktur, som stadig kunne bøjes og ændre form.

Sådan bevares fleksibiliteten

Hver chip, sensor og energikilde kan skabe et stift punkt. Holdet brugte derfor små, tynde komponenter og placerede dem strategisk, så robotten fortsat kunne deformeres. Resultatet er et kompromis mellem elektroniske funktioner og mekanisk eftergivelighed.

Magnetisk styret bevægelse

For at ændre robotens form anvendte forskerne magnetiske kompositmaterialer. Magnetiske partikler blev blandet i et blødt materiale, så et eksternt magnetfelt kunne få bestemte områder til at bøje eller rotere.

Materialet blev mønstret med laser og derefter varmebehandlet. Forskerne programmerede magnetiseringen med et eksternt felt på 200 millitesla, så forskellige dele kunne reagere i bestemte retninger.

De specialudviklede magneter kunne ændre magnetisk tilstand ved relativt lav temperatur. Ved at justere feltets styrke og retning kunne holdet ændre robotens bevægelse uden traditionelle motorer.

Præcis styring med magnetfelter

Det magnetiske materiale var indlejret i den fleksible krop. Et styret felt fik robotten til at rulle, bøje sig eller bevæge sig hen over forskellige overflader. Robotten var dog afhængig af det eksterne felt til fremdriften.

Sensorer giver delvis selvstændig adfærd

Forskerne ønskede at skabe en blød robot, der kunne registrere omgivelserne og reagere på målinger. Integrerede sensorer og elektronik gjorde det muligt at behandle signaler og sende data trådløst, mens bevægelsen fortsat blev magnetisk styret.

Beskyttelse af elektronikken mod magnetisk interferens

Stærke magnetfelter kan forstyrre spoler, temperatursensorer og andre elektroniske dele. Holdet målte derfor komponenternes respons og valgte placeringer og kredsløb, der begrænsede interferensen under robotens bevægelse.

Test i et kontrolleret forhindringsmiljø

Forskerne demonstrerede robotten på en lille forhindringsbane. Den magnetisk drevne enhed bevægede sig over forskellige overflader, passerede snævre områder og udførte simple opgaver, mens sensorer og trådløs kommunikation fungerede.

Elektronik under magnetisk påvirkning

De elektriske komponenter blev testet for elektromagnetisk interferens. Målingerne omfattede blandt andet spoler, temperaturfølere og kredsløb, så holdet kunne kontrollere, om data og funktioner forblev stabile i de anvendte felter.

Resultaterne viser en mere funktionsrig blød robot

Forsøget viste, at et fleksibelt magnetisk robotsystem kan kombineres med trådløs elektronik og flere sensorer. Det gav flere funktioner end en enkel, passiv blød robot, men resultaterne er laboratoriedemonstrationer og dokumenterer endnu ikke drift i katastrofer eller behandling af patienter.

Mulige fordele inden for redning, medicin og industri

Magnetisk aktivering kan mindske behovet for stive motorer og gøre robotten mere smidig. Integrerede sensorer kan samtidig give oplysninger om temperatur eller andre lokale forhold. Teknikken kan derfor undersøges til opgaver, hvor almindelige stive robotter har svært ved at komme frem.

Mulige anvendelser og videre forskning

Bløde robotter undersøges til industrien, sundhedsteknologi og eftersøgning. De konkrete systemer skal dog tilpasses og afprøves til hver anvendelse, før deres sikkerhed og effektivitet kan vurderes.

Søgning og redning efter katastrofer

Efter jordskælv eller oversvømmelser kan murbrokker og snævre hulrum blokere redningsmandskab. Små, eftergivelige robotter kan på længere sigt måske bære sensorer ind i sådanne områder. Studiet demonstrerede ikke en virkelig redningsoperation.

Medicinske anvendelser

Bløde robotter undersøges også til målrettet levering af lægemidler, katetre og andre minimalt invasive systemer. Den aktuelle prototype er ikke et medicinsk produkt og kræver yderligere miniaturisering, biokompatibilitetstest og klinisk forskning.

Hjælp i industrien

Eftergivelige robotter kan i nogle opgaver arbejde tættere på mennesker end tunge, stive maskiner. De kan også håndtere skrøbelige eller uregelmæssige emner. Hver industriel løsning kræver stadig sikkerhedsvurdering og styring, der passer til opgaven.

Forskerne bag systemet

Arbejdet blev ledet af forskere fra Penn State i samarbejde med kolleger fra andre institutioner. Forfatterne omfatter Sungkeun Han, Jeong-Woong Shin, Joong Hoon Lee, Bowen Li, Gwan-Jin Ko, Tae-Min Jang, Ankan Dutta, Won Bae Han, Seung Min Yang, Dong-Je Kim, Heeseok Kang, Jun Hyeon Lim, Chan-Hwi Eom, So Jeong Choi, Huanyu Cheng og Suk-Won Hwang. Forskningen fik støtte fra National Research Foundation of Korea og Korea Institute of Science and Technology.

Næste skridt: miniaturisering og biomedicinsk afprøvning

Forskerne vil gøre systemet mindre og undersøge mulige biomedicinske anvendelser. Før en robot kan bruges inde i kroppen, skal materialer, energiforsyning, styring og trådløs kommunikation dog testes grundigt for sikkerhed og pålidelighed.

Investering i robot- og sundhedsteknologi

Robotområdet spænder fra store industrimaskiner til mikroskopiske forskningssystemer. Et lovende laboratorieforsøg bør ikke i sig selv bruges som grundlag for en investering; virksomheder skal vurderes efter produkter, dokumentation, økonomi og risici.

iRhythm Technologies: digital hjerteovervågning

Den nye bløde robot er endnu ikke kommercialiseret. Andre virksomheder, blandt andet iRhythm Technologies, anvender allerede algoritmer og sensorer til sundhedsovervågning, men deres produkter er ikke den samme teknologi som denne magnetiske prototype.

iRhythm Technologies (IRTC ) blev grundlagt i 2006 og er registreret i Delaware. Dens grundlægger, Uday N. Kumar, oprettede firmaet for at levere avancerede kardiovaskulære overvågningssystemer til førstehjælpspersonale. Dens første produkt var en sensorpatch, der blev adopteret inden for sundhedssektoren.

I dag leverer iRhythm bærbare systemer til registrering og analyse af hjerterytmer. De kombinerer sensorer med software og maskinlæring, men forbindelsen til den omtalte bløde robot er alene den generelle brug af sundhedssensorer og dataanalyse.

Seneste nyt om iRhythm Technologies

Hvorfor bløde robotter kan blive nyttige

Eftergivelige robotter kan nå områder og håndtere objekter, som stive robotter har svært ved. Det gør dem interessante til videre forskning, men en påstand om, at denne prototype snart vil redde liv, går længere end studiets laboratorieresultater viser.

Studiet viser, hvordan sensorer, trådløs elektronik og magnetisk styring kan samles i en fleksibel robot. Næste udfordring er at dokumentere ydelse, holdbarhed og sikkerhed i realistiske miljøer.

Læs mere om robotteknologi her.

Refereret studie:

^{1. Han, S., Shin, JW., Lee, J.H. et al. Wireless Multifunctional System-Integrated Programmable Soft Robot. Nano-Micro Lett. 17, 152 (2025). https://doi.org/10.1007/s40820-024-01601-3}