Blød robotteknologi kan drage fordel af skumfluidik

Fra hårde til bløde robotter

Når vi tænker på robotter, tænker vi enten på massive og klodsede industrielle robotter eller futuristiske robotter fra science fiction, fra den fuldstændig metaliske skræmmende Terminator til det mere slanke og glatte design af iRobot og ægte moderne humanoide robotter .

Kilde: Sanctuary

Under alle omstændigheder er en konstant den allestedsnærværende glatte metal- og plastoverflader, med bevægelser skabt af stempler, hydraulik og elektriske motorer.

Denne robotdesign kan dog være begrænsende for mange anvendelser, der kræver en mere subtil tilgang. For eksempel kræver robotter, der interagerer med menneskekroppen, eller dem der er ansvarlige for at plukke frugt, mere fleksible materialer og en blidere berøring for at undgå skader.

Som svar på dette behov opstår et nyt felt kaldet blød robotteknologi. Dette felt undersøger, hvordan man kan bruge nye materialer til at skabe bløde og fleksible robotsystemer. Vi har tidligere udforsket denne idé, blandt andet på hvordan 3D-print kan hjælpe med at bygge bløde robotter, eller hvordan hydrogel kan øge robotters smidighed.

En ny idé kan nu tilføjes til dette udvalg af bløde robotteknikker: skumfluidik.

Fra pneumatisk logik til skumfluidik

Forskere ved University of Texas studerede, hvordan skum kunne være et nyt materiale, som man kan bygge robotter af. De opdagede, at luftstrømmen gennem den netlignende struktur af åbne celle-skum kan erstatte elektronik, og offentliggjorde deres resultater i en videnskabelig artikel med titlen “Embedded Fluidic Sensing and Control with Soft Open-Cell Foams”.

Den centrale idé startede med at studere et videnskabeligt område kaldet pneumatisk logik‑kredsløb. Konceptet er at erstatte elektronisk beregning baseret på elektricitet med luftstrømsfluktuationer.

Indtil nu har dette koncept for det meste efterlignet designet af elektroniske kredsløb. Dette har kraftigt begrænset dets potentiale, da for mere komplekse beregninger og sensorer ville størrelsen og vægten af enheden blive et problem.

I stedet så forskerne fra Rice University på at bruge trykforskellene, der skabes af luft, der strømmer gennem de mikroskopiske porer i skumsider. Når man tilføjer flere lag af sådant skum, kan de finjustere, hvordan luften strømmer igennem det. På denne måde kunne de udføre komplekse pneumatisk beregninger og kontrolopgaver, men med et meget enklere kredsløbsdesign end traditionel pneumatisk logik.

Kilde: Rice University

Analog indbygget kredsløb

Et godt eksempel er, hvordan en sektion af robotten kan reagere på tryk. Traditionel robotteknik ville kræve komplekse elektroniske sensorer, indviklede arme med flere komponenter til at bøje, samt en batteridrevet elektrisk motor eller hydraulisk system til at overføre og regulere kraften.

Skumfluidik kan i stedet have reaktionen “indbygget” i robotarmen, der bøjer sig under tryk og reagerer proportionalt på stimulussen, som at bøje sig kun halvt, når der trykkes med mindre kraft.

Kilde: Rice University

At opnå dette var ikke uden udfordringer. En af dem var, at luftens densitet ændrer sig med trykændringer, hvilket kræver komplekse beregninger for at modellere luftstrømmen gennem skummet.

At skabe en teoretisk model, der nøjagtigt forudsiger luftstrømmen og skummets reaktion, var en af de vigtigste dele af dette forskningsprojekt. Først når dette var gjort, kunne et design med forudsigelig skumfluidik bygges.

Anvendelser

Da skumfluidik ikke er afhængig af elektronik og batterier, kan den være meget lettere end konventionelle robotløsninger. Dette er ideelt til at integrere den i stoffer og tøj. Dens evne til at bøje og bevæge sig uden at beskadige eller øge stoffernes stivhed hjælper også.

Exosuits

En første anvendelse kunne være at hjælpe personer med begrænset mobilitet på grund af handicap eller skader. Der er allerede et voksende marked for exoskeletter baseret på “klassisk robotteknologi” til at hjælpe i sådanne tilfælde, noget vi diskuterede i “Uafhængighed og mobilitet gennem robotteknologi – Hvordan”.

Den samme teknologi kunne hjælpe  .

Vi kan let forestille os, hvordan skumfluidik-baseret robotteknik kan integreres i sådanne exosuits eller endda erstattes fuldstændigt som en del af specialdesignede bukser, skjorter osv., da de er lettere at bære og mere diskrete.

VR / Haptisk teknologi

Haptiske systemer skaber en fornemmelse af berøring som reaktion på en stimulus. I en periode var dette den næste grænse inden for virtual reality og andre simuleringssystemer.

Skumfluidik kan hjælpe med at skabe nye typer af haptiske sensorer, der for eksempel registrerer bevægelse og omdanner den til et signal på en berøringssensor. Dette kunne bruges til at skabe mere præcise digitale replikaer af bevægelser i simulationer, der anvendes til træning af læger, nødhjælpspersonale eller anden faglig træning.

Kilde: Rice University

Investering i blød robotteknologi

Blød robotteknologi vil sandsynligvis blive en voksende del af det voksende robotmarked, da robotter gradvist forlader fabriksområderne for at hjælpe med patientpleje på hospitaler, flytte varer på lagre eller plukke frugt i marker og frugtplantager.

Du kan investere i robotrelaterede virksomheder gennem mange mæglere, og du kan her på securities.io finde vores anbefalinger til de bedste mæglere i USA, Canada, Australien, Storbritannien, såvel som mange andre lande.

Hvis du ikke er interesseret i at vælge specifikke robotvirksomheder, kan du også kigge på robot-ETF’er som GlobalX Robotics & Artificial Intelligence ETF (BOTZ), iShares Automation & Robotics UCITS ETF (RBOT) eller Global Robotics & Automation Index ETF (ROBO), som giver en mere diversificeret eksponering til at drage fordel af den voksende robotindustri.

Virksomheder inden for blød robotteknologi

1. Ekso BIONICS

Ekso BIONICS er en førende inden for exoskelet-teknologi. De lancerede det første kommercielle medicinske rehabiliterings-exoskelet i 2012. Siden da har de modtaget godkendelse til deres ABI- og EVO-dragt.

Mens de udvider sig inden for arbejds-/tungt-arbejdssegmentet, er virksomheden stadig primært fokuseret på terapi og medicinsk mobilitet.

Virksomhedens indtægter er vokset hurtigt (+38 % år-til-år i 2023).

Kilde: Ekso

Den har for nylig erhvervet Human Motion and Control (HMC) forretningsenheden fra Parker Hannifin Corporation for at tilføje sine kraftdrevne exoskeletter til personer med lammelse til sit sortiment.

Dette kan indikere, at Ekso har et godt potentiale til at blive en serialopkøber i exoskelet-sektoren, ved at udvide sit sortiment gennem en blanding af intern F&U og strategiske opkøb.

Det gør den også til en god kandidat til at adoptere blød robotteknologi og skumfluidik i sine fremtidige designs, samtidig med at den udnytter sin tidlige tilstedeværelse på de medicinske og arbejds‑exoskelet‑markeder.

2. Soft Robotics

Denne virksomhed er privat noteret, og i 2018 indgik ABB Technological Ventures et partnerskab med Soft Robotics for at fremskynde udviklingen af mikrofluidisk beregning og blød griber til robotter.

Da Soft Robotics fokuserer på at udvikle mGripAI, en robot med en blød greb til fødevareforarbejdningsindustrien, kombineret med fuld 3D-vision og AI-system og ved brug af ABB’s IRB360 FlexPicker-gribersystem.

Kilde: Soft Robotics

Virksomhedens tilgang kunne potentielt også integrere skumfluidik, i betragtning af deres erfaring med at anvende mikrofluidisk teknologi i virkelige anvendelser.

Du kan også se mGripAI i aktion i denne video.

For nu er den primære anvendelse af bløde aktuatorer og greb i industrielle processer, især i fødevareindustrien.

På længere sigt bør fremskridt inden for AI, maskinsyn, batteriteknologi og blød robotteknologi muliggøre skabelsen af robotter, der kan hjælpe sygeplejersker, butiksejere, rengøringspersonale og andre opgaver, som i dag er næsten 100 % afhængige af menneskelig arbejdskraft.