Είνα τα κεραμικά το κλειδί για την επέκταση των αισθήσεων στη μαλακή ρομποτική ώστε να περιλαμβάνουν την αφή και τη θερμοκρασία;

Σαν να το θέλετε ή όχι, ο επόμενος συνεργάτης σας μπορεί να είναι ρομπότ. Σήμερα, όλο και περισσότεροι άνθρωποι εργάζονται πλάι σε αυτόνομα μηχανήματα. Αυτές οι συσκευές είναι ιδανικές για την εκτέλεση εργασιών που κυμαίνονται από την ταξινόμηση αντικειμένων μέχρι τη διεξαγωγή χειρουργικών επεμβάσεων. Ως εκ τούτου, υπάρχει ισχυρή ζήτηση για την επέκταση του φάσματος των αισθήσεων, επιτρέποντας σε αυτές τις συσκευές να κατανοούν καλύτερα το περιβάλλον τους.

Robots that can feel and manipulate items like a human hand are on their way. Recently, a group of Empa engineers took the concept of robots that can feel a step further. Here’s everything you need to know about how ceramic could be the key to creating robots that can feel temperature, touch, pressure, and more.

Μελέτη Έξυπνων Κεραμικών

Η μελέτη «Sensor-Embedded Muscle for Closed-Loop Controllable Actuation in Proprioceptive Biohybrid Robots»,¹ που δημοσιεύτηκε στο Advanced Intelligent Systems, περιγράφει πώς οι μηχανικοί χρησιμοποίησαν προηγμένα κεραμικά για τη δημιουργία ρομποτικών εξαρτημάτων που μπορούν να αισθάνονται. Στο άρθρο, οι μηχανικοί εμβαθύνουν στη δημιουργία τεχνητών συσκευών αίσθησης που αξιοποιούν ηλεκτρικά παλμούς και αισθητήρες ενσωματωμένους άμεσα στην επιφάνεια του ρομπότ.

Μαλακά Κεραμικά

Για να κατανοήσετε το έργο, πρέπει πρώτα να αφιερώσετε μια στιγμή για να αναγνωρίσετε ότι τα κεραμικά υπάρχουν σε πολλές διαφορετικές μορφές. Ενώ μπορεί να σκεφτείτε διακοσμητικά ή αντικείμενα κουζίνας, υπάρχουν επίσης κεραμικά υψηλών επιδόσεων. Αυτές οι μονάδες αγωγούν το ηλεκτρισμό και παρέχουν μια στερεή δομή για πολλά ηλεκτρονικά σήμερα. Σημαντικό είναι ότι οι ερευνητές ξεκίνησαν τις προσπάθειές τους πειραματιζόμενοι με διαφορετικά κεραμικά για να καταγράψουν τη συμπεριφορά και τις δυνατότητές τους.
Κατά τη διάρκεια των δοκιμών, η ομάδα περιέγραψε πώς πήρε αυτό το υλικό και το θρυμματίζει σε μικροσκοπικά σωματίδια. Τα σωματίδια ενσωματώθηκαν στη συνέχεια σε ένα θερμοπλαστικό μητρώο. Ενδιαφέρον είναι ότι χρησιμοποιήθηκε επαγγελματικός 3D εκτυπωτής για να διασφαλιστεί ότι η διαδικασία ενσωμάτωσης ολοκληρώθηκε με ακρίβεια. Στη συνέχεια, το ελαστικό πλαστικό επεξεργάστηκε, επιτρέποντας στους μηχανικούς να καταγράψουν τη συμπεριφορά του υλικού σε μια ποικιλία διαφορετικών ελαστικότητας και θέσεων.

Δοκιμή Κεραμικών Υψηλών Επιδόσεων

Τα υλικά των μαλακών αισθητήρων δοκιμάστηκαν για να διαπιστωθεί αν μπορούν να καταγράψουν θερμοκρασία, τάση, πίεση ή υγρασία. Αυτές οι συσκευές μπόρεσαν να καταγράψουν τις διαφορετικές αισθήσεις χρησιμοποιώντας ηλεκτρικά παλμούς. Από εκεί, η ομάδα χρησιμοποίησε το κεραμικό μητρώο για να δημιουργήσει ένα προθετικό χέρι.

Προθετικό Χέρι

Το προθετικό χέρι χρησιμοποιήθηκε στη συνέχεια για να δοκιμάσει την ακρίβεια και την ευαισθησία των μαλακών αισθητήρων. Συγκεκριμένα, οι αισθητήρες που χρησιμοποιήθηκαν στο χέρι δημιουργήθηκαν για να καταγράφουν τη θερμότητα και την πίεση. Επιπλέον, το υλικό μπορούσε να προσδιορίσει τη θέση του σε σχέση με άλλα μέρη του χεριού. Η μελέτη κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η ομάδα πέτυχε στη δημιουργία ενός χεριού που μπορούσε να αισθάνεται την εφαρμοζόμενη πίεση και ακόμη να αντιδρά όταν άγγιζε ένα άλλο άτομο.

Δέρμα Ρομπότ

Το επόμενο βήμα για τους ερευνητές ήταν η προσπάθεια δημιουργίας δέρματος ρομπότ. Η ομάδα ξεκίνησε δημιουργώντας ένα πολυεπίπεδο κεραμικό μητρώο. Το μητρώο γέμισε με κεραμικά σωματίδια με μια ειδική διαστρωμένη διάταξη για την παρακολούθηση αλλαγών στην αφή και τη θερμοκρασία. Αυτό το δέρμα ρομπότ σχεδιάστηκε ώστε να μοιάζει και να αισθάνεται όπως το ανθρώπινο δέρμα, καθιστώντας το μια έξυπνη επιλογή για ρομπότ που εργάζονται κοντά σε ανθρώπους. Από εκεί, η ομάδα προχώρησε στη δημιουργία ενός μοντέλου AI.

Έξυπνο Προθετικό

Ένα μοντέλο AI ελέγχει τις αντιδράσεις του χεριού βάσει του περιβάλλοντος και των συνθηκών. Συγκεκριμένα, το μοντέλο AI εκπαιδεύτηκε χρησιμοποιώντας 4500 μετρήσεις και κινήσεις μυών. Αυτή η εκπαίδευση πραγματοποιήθηκε με μηχανικούς από το ETH Zurich και το Πανεπιστήμιο του Τόκιο. Το προθετικό χρησιμοποιεί αισθητήρες πιεζοαντιστατικών ενσωματωμένους στους ιστούς, επιτρέποντας στη συσκευή να παράγει ενέργεια από την κίνηση, εξαλείφοντας την ανάγκη για μπαταρίες.

Αποτελέσματα

Τα αποτελέσματα της μελέτης δείχνουν ακριβώς πώς μπορεί να αναπτυχθεί ένα ρομπότ με την ικανότητα να εργάζεται ασφαλώς δίπλα σε ανθρώπους. Αυτές οι συσκευές μπορούν να αναγνωρίζουν όταν συγκρούονται με ένα άτομο και ακόμη να απομακρύνονται, αποτρέποντας τραυματισμούς. Επιπλέον, η AI του συστήματος μαθαίνει συνεχώς από κάθε αλληλεπίδραση, καθιστώντας το το πρώτο προπροσωπικό βιουβριδικό ρομπότ που μπορεί να αισθάνεται.

Πιθανές Εφαρμογές

Υπάρχουν πολλές εφαρμογές για αυτήν την τεχνολογία. Η συνδυαστική χρήση προηγμένων συστημάτων AI με ρομπότ που μπορούν να αισθάνονται θα οδηγήσει στην ανάπτυξη ασφαλέστερων μηχανών. Αυτές οι μονάδες θα μπορούν να εκτελούν εργασίες που παλαιότερα ήταν δυνατόν μόνο για ανθρώπους. Επίσης, θα είναι πιο ευέλικτες, καθώς μπορούν να αντιλαμβάνονται το περιβάλλον τους και να προσαρμόζουν τις ενέργειές τους ανάλογα με τις συνθήκες.

Μαλακή Ρομποτική

Η μαλακή ρομποτική είναι συσκευές που χρησιμοποιούν μαλακά υλικά αντί των παραδοσιακών μεθόδων. Τα μαλακά ρομπότ εμφανίζονται σε πολλές μορφές. Για παράδειγμα, οι ρομποτικοί ταξινομητές πρέπει να συλλέγουν φρούτα και άλλα ευαίσθητα προϊόντα και να τα μεταφέρουν χωρίς να προκαλούν ζημιά. Αυτές οι συσκευές πρόκειται να δουν μια σημαντική αναβάθμιση με την εισαγωγή δέρματος αισθητήρων και άλλων τροποποιήσεων που τους επιτρέπουν να λειτουργούν όπως τα ανθρώπινα χέρια.

Τα μαλακά ρομπότ έχουν προκαλέσει πρόσφατα ενδιαφέρον για διάφορους λόγους. Μπορούν να σας χτυπήσουν χωρίς να σας βλάψουν. Επίσης, αυτές οι συσκευές μπορούν συχνά να αλλάζουν το σχήμα τους για να διασχίσουν δύσκολο έδαφος. Αυτή η εξέλιξη θα διασφαλίσει ότι τα μαλακά ρομπότ σύντομα θα μπορούν να αισθάνονται τη θερμοκρασία και την πίεση.

Υγειονομική Περίθαλψη

Πολλές εταιρείες εξειδικεύονται σε ρομποτικούς χειρουργούς. Αυτές οι συσκευές λειτουργούν χρησιμοποιώντας ακριβείς και οπτικούς αισθητήρες για να καθοδηγούν τη μονάδα. Η εισαγωγή αισθητήρων πίεσης και θερμοκρασίας θα επέτρεπε σε αυτά τα ρομπότ να πραγματοποιούν πιο πολύπλοκες επεμβάσεις, παραμένοντας συγχρονισμένα με τις συνθήκες του ασθενούς.

Σημαντικό είναι ότι τα έξυπνα προθετικά θα μπορούσαν να βοηθήσουν εκατομμύρια ασθενείς να απολαύσουν καλύτερη ποιότητα ζωής. Αυτά τα αντικείμενα επόμενης γενιάς θα μπορούσαν να ενσωματώνουν πολλαπλές αισθήσεις, παρέχοντας στον ασθενή μια φυσική εμπειρία. Επιπλέον, όταν συνδυάσετε αυτήν την τεχνολογία με πρόσφατες προόδους στους εγκεφαλικούς ελεγκτές, μπορεί να έρθει η ημέρα που τα αντικαταστατικά προθετικά των ασθενών θα είναι πιο ικανοί από τα αρχικά.

Αναζήτηση και Διάσωση

Τα μαλακά ρομπότ έχουν βρει μια ειδική χρήση στον τομέα της αναζήτησης και διάσωσης. Αυτές οι συσκευές μπορούν να διασχίσουν δύσκολα περιβάλλοντα που συχνά είναι αδύνατο για τους ανθρώπους να προσεγγίσουν. Μπορούν να διαμορφωθούν ώστε να στρίβουν όπως φίδια ή να έχουν σχήμα μικροσκοπικών εντόμων. Εντυπωσιακό είναι ότι αυτές οι συσκευές έχουν ήδη χρησιμοποιηθεί σε περιοχές καταστροφών όπου βοήθησαν στη διάσωση ζωών. Τα ρομπότ μπορούν να εισέλθουν σε επικίνδυνες ζώνες καταστροφής και να παρέχουν πολύτιμη βοήθεια πριν φτάσουν άλλοι διασώστες.

Στο μέλλον, αυτή η συσκευή θα μπορούσε να εντοπίζει άτομα που χρειάζονται βοήθεια και ακόμη να πραγματοποιεί τακτικές σάρωση των ζωτικών σημείων τους, παρέχοντας στους διασώστες σημαντικά δεδομένα για την κατάσταση του ασθενούς. Επιπλέον, αυτά τα ρομπότ θα χρησιμοποιούνταν για την αξιολόγηση της καλύτερης διαδρομής για την ανάκτηση του τραυματισμένου ατόμου, καθώς η συσκευή θα μπορούσε να ειδοποιεί τους διασώστες για κινδύνους όπως η θερμότητα ή χημικές ουσίες.

Γεωργία

Οι αγρότες του κόσμου αναζητούν συνεχώς εύκολους τρόπους βελτίωσης της αποδοτικότητας. Καθώς ο παγκόσμιος πληθυσμός αυξάνεται, οι αγρότες συνεχίζουν να καινοτομούν για να καλύψουν τη αυξανόμενη ζήτηση. Η μαλακή ρομποτική μπορεί να τους βοηθήσει στην προετοιμασία, τη φύτευση, τη συγκομιδή και τον έλεγχο της ποιότητας των προϊόντων τους. Αυτές οι συσκευές μπορούν να ενσωματώνουν συστήματα AI για περαιτέρω βελτίωση των δυνατοτήτων τους, επιτρέποντάς τους να προσδιορίζουν με υψηλή ακρίβεια αν ένα φρούτο είναι ώριμο ή χαλασμένο.

Ερευνητές

Το Εργαστήριο Κεραμικών Υψηλών Επιδόσεων της Empa ηγήθηκε της μελέτης. Η ομάδα συνεργάστηκε με το Πανεπιστήμιο του Cambridge για την ανάπτυξη του προθετικού άκρου με τεχνητή νοημοσύνη. Τώρα η ομάδα επιδιώκει να επεκτείνει τις προσπάθειές της και να δημιουργήσει πιο προχωρημένα ρομπότ, καθώς και να επεκτείνει τις δυνατότητες του μοντέλου AI.

Εταιρείες που θα μπορούσαν να ωφεληθούν από αυτήν την έρευνα

Η βιομηχανία ρομποτικής βρίσκεται σε άνοδο. Ως εκ τούτου, μπορείτε να περιμένετε να δείτε περισσότερες μονάδες να φτάνουν στις γραμμές παραγωγής τα επόμενα χρόνια. Τα ρομπότ μειώνουν τον κίνδυνο και τα έξοδα και βελτιώνουν την ποιότητα. Συνεπώς, περισσότερες επιχειρήσεις θέλουν να τα ενσωματώσουν. Εδώ είναι μια εταιρεία που είναι ιδανικά τοποθετημένη για να αξιοποιήσει στο έπακρο αυτήν την έρευνα τους επόμενους μήνες.

Zebra Technologies

Η Zebra Technologies (ZBRA ) εισήλθε στην αγορά το 1969, αρχικά ως Data Specialties Incorporated. Οι ιδρυτές της εταιρείας, Ed Kaplan και Gerhard Cless, ήθελαν να δημιουργήσουν μια εταιρεία λογισμικού και υλικού που θα βελτιώνει την εμπειρία του χρήστη και θα προσφέρει καινοτόμες λύσεις. Κατάφεραν να πρωτοπορήσουν σε πολλές τεχνολογίες, συμπεριλαμβανομένου του ότι ήταν η πρώτη εταιρεία που προσέφερε σαρωτή barcode.

Το 1986, η εταιρεία μετονομάστηκε σε Zebra Technologies. Σήμερα, είναι ένας δημοφιλής πάροχος ρομποτικών, υπηρεσιών και λογισμικού. Συγκεκριμένα, τα fetch100 Roller και Fetch100 Shelf μπορούν να περιηγηθούν σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις και να ταξινομούν και να παραδίδουν κουτιά αυτόνομα. Το ρομπότ είναι ήδη σε χρήση παγκοσμίως και έχει λάβει υψηλές κριτικές.

Η Zebra Technologies είναι μια έξυπνη προσθήκη στο χαρτοφυλάκιό σας για αρκετούς λόγους. Πρώτον, η εταιρεία βρίσκεται σε άνοδο για μεγάλο χρονικό διάστημα. Κατέκτησε μια αναφορά στο περιοδικό Forbes του 2002 με την λίστα «200 Καλύτερες Μικρές Εταιρείες στην Αμερική», μαζί με άλλα βραβεία.

Το μετοχικό κεφάλαιο της εταιρείας, ZBRA, έχει παρουσιάσει σημαντική και σταθερή ανάπτυξη καθ’ όλη τη διάρκεια του έτους. Έχει κεφαλαιοποίηση αγοράς $19.808 δισεκατομμύρια και το Π/Κ (TTM) είναι 51.82. Αυτή η ανάπτυξη προήλθε από τον συνδυασμό της κυκλοφορίας νέων προϊόντων και των επενδύσεων της σε ρομποτική και συστήματα AI.

Κεραμικά στη Ρομποτική

Η χρήση κεραμικών υψηλών επιδόσεων στη ρομποτική πρόκειται να αλλάξει την αγορά στο μέλλον. Αυτή η μελέτη δείχνει ότι τα ρομπότ μπορούν να ρυθμιστούν ώστε να αισθάνονται με τρόπο παρόμοιο με τους ανθρώπους, επιτρέποντάς τους να εργάζονται δίπλα σε άτομα με λιγότερο κίνδυνο και να αυξάνουν την παραγωγικότητα. Ως εκ τούτου, θα πρέπει να προετοιμαστείτε για έναν ρομποτικό συνεργάτη στο μέλλον.

Μάθετε για άλλα ενδιαφέροντα ρομποτικά έργα τώρα.

Αναφορά Μελέτης:

^{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}