Νέο Ρομποτικό Δέρμα Επιτρέπει στις Μηχανές να Αισθάνονται Όπως οι Άνθρωποι

Μια ομάδα μηχανικών από το Πανεπιστήμιο του Κέμπριτζ και το University College London συνεργάστηκε για να δημιουργήσει ρομποτικό δέρμα που μπορεί να εξοπλίσει σχεδόν οποιαδήποτε μηχανή με τη δυνατότητα αίσθησης. Η μοναδική τους προσέγγιση αξιοποιεί πολυμορφικούς αισθητήρες, υδρογέλη και μηχανική μάθηση για να δημιουργήσει ένα νέο επίπεδο απτικής ανάδρασης που έχει τη δυνατότητα να δημιουργήσει προθέματα που μπορούν να αισθάνονται και πολλά άλλα. Εδώ είναι ό,τι πρέπει να γνωρίζετε.

Γιατί η Αφή Είναι Σημαντική στη Ρομποτική

Οι πέντε αισθήσεις που επιτρέπουν στους ανθρώπους να περιηγούνται στον κόσμο είναι επίσης κρίσιμες για τη δημιουργία ρομπότ που μπορούν να αλληλεπιδρούν με τους ανθρώπους και το περιβάλλον τους με ουσιαστικό τρόπο. Είναι συνηθισμένο να βλέπουμε ρομπότ να ενσωματώνουν περισσότερες αισθητηριακές εισόδους ως μέρος των επιπρόσθετων δυνατοτήτων τους.

Ωστόσο, η αίσθηση της αφής μόλις τώρα λαμβάνει την προσοχή που της αξίζει. Από βιομηχανικά ρομπότ που μπορούν να καταλάβουν πότε χτυπούν έναν άλλο εργαζόμενο, μέχρι γεωργικά ρομπότ που μπορούν να αισθανθούν αν ένα φρούτο είναι ώριμο, η αίσθηση της αφής έχει πλέον γίνει ζωτικό στοιχείο της τεχνολογίας.

Πώς το Ανθρώπινο Δέρμα Εμπνέει το Ρομποτικό Σχέδιο

Όσον αφορά την αφή, το δέρμα σας είναι ένα θαύμα. Μπορεί να μετρά ακριβώς πολλαπλούς τύπους εισόδων, από τη θερμότητα μέχρι την πίεση και άλλα, σε χιλιοστά του δευτερολέπτου. Επιπλέον, αυτό μπορεί να συμβαίνει σε όλο το σώμα ή σε συγκεκριμένες περιοχές, με τον εγκέφαλό σας να διακρίνει τις προελεύσεις και τον τύπο της αφής. Όλες αυτές οι δυνατότητες προέρχονται από μια ευέλικτη επιφάνεια που μπορεί να θεραπεύεται μόνη της.

Παροχή της Δυνατότητας Αίσθησης στα Ρομπότ

Αναγνωρίζοντας ότι η ευαισθησία του ανθρώπινου δέρματος είναι ιδανική για πολλές εφαρμογές, οι μηχανικοί έχουν προσπαθήσει να δημιουργήσουν ρομποτικά δέρματα σε πολλές περιπτώσεις. Ο κύριος τρόπος που αντιμετώπισαν αυτήν την εργασία ήταν η ενσωμάτωση πολλών αισθητήρων σε ένα ευέλικτο υλικό. Οι αισθητήρες μπορούσαν να ανιχνεύουν πίεση, θερμοκρασία και άλλα κρίσιμα δεδομένα.

Προβλήματα με το Ρομποτικό Δέρμα

Αυτή η στρατηγική παρουσίαζε σημαντικά μειονεκτήματα. Κατ’ αρχάς, κάθε αισθητήρας πρόσθετε στην ακαμψία του δέρματος. Επίσης, η δημιουργία αυτών των αισθητήρων και η εγκατάστασή τους στη συσκευή ήταν μια δαπανηρή και χρονοβόρα διαδικασία. Αυτές οι συσκευές ήταν πολύ ακριβές στην κατασκευή και, σύμφωνα με όλες τις εκτιμήσεις, εύθραυστες.

Κάθε άκαμπτος αισθητήρας πρόσθετε μια ακόμη περιοχή που θα μπορούσε να υποστεί ζημιά κατά τη λειτουργία. Η τοποθέτηση των αισθητήρων επηρέαζε επίσης το σχήμα και το σχέδιο που έπρεπε να έχει η επιφάνεια, περιορίζοντας περαιτέρω τις εφαρμογές. Επιπλέον, πολλοί από τους αισθητήρες είχαν τυφλά σημεία όπου δεν βρίσκονταν ή όπου έπρεπε να τοποθετηθούν άλλοι αισθητήρες. Πέρα από αυτά τα προβλήματα, κάθε νέος τύπος αισθητήρα πρόσθετε στην παρεμβολή που δημιουργούσε η συσκευή, μειώνοντας την ακρίβεια.

Μέσα στη Μελέτη του Ρομποτικού Δέρματος

Η μελέτη Δομή Πληροφοριών Πολυμορφικής με Μονόστρωτα Μαλακά Δέρματα και Ηλεκτρική Αντίσταση Τομογραφία Υψηλής Πυκνότητας¹ παρουσιάζει έναν νέο τύπο ρομποτικού δέρματος που είναι ικανός να ανιχνεύει πολλαπλούς τύπους αφής από ένα ενιαίο σχεδιασμό υλικού. Η συσκευή μπορεί να προσαρμοστεί σε οποιοδήποτε σχήμα και μπορεί να προστεθεί σε υπάρχοντα ρομποτικά χέρια όπως ένα γάντι, παρέχοντας ένα νέο επίπεδο διαδραστικότητας και ευαισθησίας στη συσκευή.

Πηγή – University of Cambridge

Πολυμορφική Αίσθηση

Το πρώτο βήμα για τη δημιουργία του βελτιωμένου ρομποτικού δέρματος ήταν να βρεθεί τρόπος μείωσης του αριθμού των απαιτούμενων αισθητήρων. Για να επιτευχθεί αυτό, οι μηχανικοί στράφηκαν προς τους πολυμορφικούς αισθητήρες. Αυτές οι συσκευές είναι ικανές να καταγράφουν διαφορετικούς τύπους σήματος και να διαχωρίζουν την αιτία του καθενός χωρίς παρεμβολές. Στο πλαίσιο αυτής της προσέγγισης, η ομάδα ανέπτυξε ένα ειδικά σχεδιασμένο σύστημα που υποστήριζε 6 τύπους πολυμορφικών ερεθισμάτων, συμπεριλαμβανομένης της θέρμανσης, της αφής, της πίεσης, της ζημιάς και άλλων.

Γιατί η Υδρογέλη Είναι Κλειδί για το Ρομποτικό Δέρμα

Μια αγώγιμη υδρογέλη βασισμένη σε ζελατίνη χύθηκε στη μορφή ενός ενήλικου χεριού. Αυτό το υλικό επιλέχθηκε λόγω της αγωγιμότητάς του, της μαλακής αίσθησης και της ευελιξίας του. Επιπλέον, μπορεί να λιώσει και να διαμορφωθεί σε οποιοδήποτε σχήμα χρειάζεται, προσθέτοντας στην χρηστικότητα και τη βιωσιμότητα αυτών των συσκευών.

Διαμορφώσεις Ηλεκτροδίων

Η ομάδα αφιέρωσε σημαντικό χρόνο στη δοκιμή διαφορετικών διατάξεων ηλεκτροδίων. Ο στόχος τους ήταν να βρουν μια ρύθμιση που δεν θα παρεμβαίνει στις δυνατότητες του ρομποτικού δέρματος, αλλά θα παρέχει ακριβείς μετρήσεις στους αισθητήρες. Τελικά, η ομάδα κατέληξε σε ένα σχέδιο που τοποθέτησε 32 ηλεκτρόδια στον καρπό.

Ηλεκτρική Αντίσταση Τομογραφία

Οι μηχανικοί τροφοδότησαν αυτούς τους αισθητήρες με δεδομένα χρησιμοποιώντας τεχνικές ηλεκτρικής αντίστασης τομογραφίας. Η αγωγιμότητα της υδρογέλης δημιούργησε 863.040 αγώγιμες διαδρομές διαμέσου της μεμβράνης. Οι μηχανικοί παρατήρησαν ότι μπορούσαν να εξάγουν 1,7 εκατομμύρια κομμάτια δεδομένων από αυτό το σχέδιο όταν χρησιμοποιούν όλες τις διαθέσιμες διαδρομές.

Το επόμενο βήμα ήταν η καταγραφή των δεδομένων που συλλέγονταν κατά τη διάρκεια συγκεκριμένων ενεργειών, όπως το κτύπημα του δαχτύλου, η συμπίεση του χεριού, μια βαθιά τομή ή μια ήπια αφή. Αυτά τα δεδομένα τροφοδοτήθηκαν στη συνέχεια σε έναν ειδικά σχεδιασμένο αλγόριθμο μηχανικής μάθησης.

Η AI χρησιμοποίησε αυτό το μοντέλο δεδομένων για να καθορίσει ποια αισθητηριακή είσοδος έχει προτεραιότητα έναντι άλλων ενεργειών. Για παράδειγμα, μια βαθιά τομή είναι πιο σημαντική από ένα ελαφρύ τσιμπήμα του δαχτύλου. Παρατήρησαν επίσης ότι το σύστημα υποστηρίζει προσαρμογή αυτών των προτιμήσεων.

Ανάλογα με το έργο του ρομπότ, οι μηχανικοί μπορούν να ρυθμίσουν ποιες αισθήσεις έχουν προτεραιότητα. Για παράδειγμα, μπορεί να θέλετε να αυξήσετε την ευαισθησία ενός γεωργικού ρομπότ που νιώθει την ωριμότητα, αλλά να μειώσετε τους αισθητήρες θερμοκρασίας καθώς λειτουργεί στον καλοκαιρινό ήλιο. Επιπλέον, μπορείτε να βαθμονομήσετε τη συσκευή χρησιμοποιώντας ανθρώπινη αφή.

Δοκιμή των Δυνατοτήτων του Ρομποτικού Δέρματος

Οι μηχανικοί πραγματοποίησαν αρκετές φυσικές δοκιμές για να διασφαλίσουν ότι η συσκευή λειτουργεί όπως αναμένεται. Αυτές οι δοκιμές περιελάμβαναν το απαλό πέρασμα των δαχτύλων πάνω από το χέρι, την εφαρμογή θερμότητας στη συσκευή και τη συμπίεση της σε διαφορετικά επίπεδα για να καταγράψουν τη διαφορά μεταξύ ήπιων και επιβλαβών ενεργειών. Δοκίμασαν επίσης αν μπορεί να ανιχνεύσει πολλαπλούς διαφορετικούς τύπους αφής ταυτόχρονα. Σε μία περίπτωση, το χέρι κόπηκε με ιατρικό μαχαίρι.

Αποτελέσματα Δοκιμής του Ρομποτικού Δέρματος

Η δοκιμή έδειξε ότι η μηχανική μάθηση κατάφερε να προσδιορίσει τις διαφορετικές ενέργειες σε πραγματικό χρόνο. Το χέρι μπορούσε να κάνει διακρίσεις μεταξύ ανθρώπινης αφής και μη ζωντανών αντικειμένων. Μπορούσε επίσης να καθορίσει τις καιρικές συνθήκες βάσει συνδυασμού παραγόντων όπως η θερμότητα και η υγρασία, όπως ένας άνθρωπος.

Κύρια Οφέλη της Τεχνολογίας Ρομποτικού Δέρματος

Υπάρχουν πολλά οφέλη που φέρνει το ρομποτικό δέρμα. Κατ’ αρχάς, επιτρέπει στα ρομπότ να αλληλεπιδρούν με τον φυσικό κόσμο με ανθρώπινο τρόπο. Τα ρομπότ του μέλλοντος θα μπορούν να καταλάβουν αν σε χτυπήσουν τυχαία ή κάτι άλλο και να προσαρμοστούν.

Αυτές οι συσκευές θα ρυθμιστούν ώστε να κατανοούν πόση πίεση ασκούν στα αντικείμενα βάσει της αντίδρασης του αντικειμένου, ανοίγοντας το δρόμο για πιο αποτελεσματικές ιατρικές συσκευές και πολλά άλλα. Η υψηλή ευαισθησία του ρομποτικού δέρματος το καθιστά ιδανικό για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών.

Χαμηλό Κόστος

Ένα από τα μεγαλύτερα οφέλη του νέου σχεδίου ρομποτικού δέρματος είναι ότι είναι εύκολο στην κατασκευή. Τα παραδοσιακά ρομποτικά δέρματα βασίζονταν σε πολλούς αισθητήρες, ακριβώς ενσύρματωμένους στη θέση τους. Αυτή η προσέγγιση κοστίζει πολύ περισσότερο από τη χρήση αγώγιμης υδρογέλης και δεν διαθέτει την ευελιξία να διαμορφωθεί σε σχεδόν οποιοδήποτε σχήμα. Αυτή η νέα προσέγγιση θα κάνει τη ρομποτική με ευαισθησία στην αφή διαθέσιμη σε περισσότερες συσκευές.

Το Ρομποτικό Δέρμα είναι Επαναχρησιμοποιήσιμο

Ένα ακόμη βασικό όφελος του σχεδίου ρομποτικού δέρματος είναι η δυνατότητα επαναχρησιμοποίησής του. Το αγώγιμο υλικό μπορεί να λιώσει και να διαμορφωθεί όπως απαιτείται. Η υδρογέλη μπορεί να προσαρμοστεί σε πολύπλοκα σχήματα χωρίς την ανάγκη εσωτερικών καλωδίων. Αυτή η επαναχρησιμοποιήσιμη προσέγγιση θα βοηθήσει στην πρόληψη μελλοντικών ηλεκτρονικών αποβλήτων από τη ρομποτική.

Ανθεκτικό

Το σχέδιο του ρομποτικού δέρματος είναι πολύ πιο ανθεκτικό από τον προκάτοχό του. Το γεγονός ότι δεν υπάρχουν αισθητήρες τοποθετημένοι σε όλη τη συσκευή περιορίζει τις πιθανότητες σχετικής ζημιάς. Αυτή η δομή παρέχει στήριξη για ευέλικτα και επαναχρησιμοποιήσιμα εξαρτήματα που μπορούν να αντέξουν υπό υψηλό στρες. Μπορούν επίσης να επισκευαστούν χρησιμοποιώντας υδρογέλη χωρίς την ανάγκη επισκευής πολύπλοκων εσωτερικών αισθητήρων.

Προσαρμόσιμο

Η προσαρμοστικότητα του ρομποτικού δέρματος είναι ένα τεράστιο πλεονέκτημα. Η συσκευή μπορεί να αντιδρά διαφορετικά σε διαφορετικούς τύπους ερεθισμάτων ανάλογα με την εργασία. Για παράδειγμα, μπορείτε να έχετε ένα ρομπότ εξοπλισμένο να αγνοεί τις αγκάθες όταν μαζεύει τριαντάφυλλα, αλλά να είναι υπερευαισθητοποιημένο στην υγρασία ή την αίσθηση του στελέχους.

Εφαρμογές και Χρονοδιάγραμμα για το Ρομποτικό Δέρμα

Υπάρχουν πολλές εφαρμογές για το ρομποτικό δέρμα. Η προφανής χρήση θα ήταν η ενίσχυση των δυνατοτήτων των ανθρωποειδών ρομπότ. Αυτές οι συσκευές ήδη μοιάζουν με ανθρώπους στη δομή και την εμφάνισή τους. Η προσθήκη ενός επιπέδου αφής θα μπορούσε να τα κάνει ακόμη πιο ανθρώπινα και προσιτά.

Προθέματα

Αυτή η μελέτη θα μπορούσε να βοηθήσει στην πραγματοποίηση προθεμάτων που μπορούν να αισθάνονται. Η χρήση μαλακής, ευέλικτης υδρογέλης ως δέρμα θα βοηθήσει τα ιατρικά αυτά προϊόντα να φαίνονται πιο πραγματικά για τον χρήστη και τους γύρω του. Επιπλέον, μπορούν να προσαρμοστούν ώστε να παρέχουν την ίδια αίσθηση με το χαμένο μέρος του σώματος ή ακόμη και να ενισχυθούν με πρόσθετη αισθητηριακή είσοδο.

Το Τομέας Αυτοκινήτων

Ο τομέας αυτοκινήτων βρίσκεται στην πρώτη γραμμή της ενσωμάτωσης ρομποτικής. Αυτή η μελέτη θα μπορούσε να βοηθήσει στη δημιουργία ρομπότ που μπορούν να εργάζονται ασφαλώς δίπλα σε ανθρώπους. Αυτές οι συσκευές θα μπορούσαν να αναγνωρίζουν πότε πλησιάζουν ή αλληλεπιδρούν με έναν άνθρωπο και να αντιδρούν όπως θα έκανε ένας συνεργάτης εάν χτυπούσε τυχαία κάποιον σε ένα ατύχημα και απομακρυνόταν.

Ο Τομέας Γεωργίας

Τα ρομπότ με ευαισθησία στην αφή χρησιμοποιούνται ήδη για τον προσδιορισμό βασικών παραμέτρων στη γεωργία. Η συσκευή θα μπορούσε να αξιοποιήσει το ρομποτικό δέρμα για να μειώσει το βάρος της, αυξάνοντας τον χρόνο λειτουργίας και την απόδοση. Αυτά τα συστήματα θα μπορούσαν επίσης να ενσωματώσουν ειδικά σχεδιασμένα μοντέλα AI για βελτίωση της απόδοσης και διασφάλιση των αποτελεσμάτων.

Χρονοδιάγραμμα του Ρομποτικού Δέρματος

Μπορεί να χρειαστούν 5-10 χρόνια πριν το ρομποτικό δέρμα φτάσει στην αγορά. Οι μηχανικοί θα ολοκληρώσουν περαιτέρω εργασίες στο σχέδιό τους και θα αναζητήσουν συνεργασίες και χρηματοδότηση. Εάν είναι επιτυχείς, θα μπορούσατε να δείτε ρομποτικό δέρμα σε συσκευές σε αποθήκες μέσα στα επόμενα 5-7 χρόνια. Εάν όλα πάνε καλά, οι ιατρικές συσκευές θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν αυτήν την επιλογή μέσα στην επόμενη δεκαετία.

Ποιος Ανέπτυξε το Ρομποτικό Δέρμα;

Οι μηχανικοί του Πανεπιστημίου του Κέμπριτζ και του University College London (UCL) συνεργάστηκαν για να κάνουν αυτή τη μελέτη πραγματικότητα. Η εργασία αναφέρει τους David Hardman, Thomas George Thuruthel και Fumiya Iida ως κύριους συγγραφείς. Σημειωτέον, η μελέτη έλαβε υποστήριξη από τη Royal Society, το Engineering and Physical Sciences Research Council, το Samsung Global Research Outreach Program και το UK Research and Innovation.

Το Μέλλον του Ρομποτικού Δέρματος

Η ομάδα τώρα επιδιώκει να βελτιώσει την ανθεκτικότητα και την ευαισθησία της συσκευής τους. Τα επόμενα βήματα θα περιλαμβάνουν περαιτέρω έρευνα υλικών για τη μονάδα και νέους τύπους αισθητήρων. Ο στόχος είναι να βοηθήσουν στην καινοτομία και την προώθηση μονών στρωμάτων δέρματος σε ευαίσθητα συστήματα και να προωθήσουν τη χρήση πολυμορφικών αισθητηριακών επιλογών στο μέλλον.

Επένδυση στη Ρομποτική

Ο τομέας της ρομποτικής έχει αρκετούς ανταγωνιστές υψηλού επιπέδου. Αυτές οι εταιρείες προσφέρουν προϊόντα που κυμαίνονται από ρομπότ σχεδιασμένα για την παρακολούθηση υποδομών μέχρι ιατρικές συσκευές και στρατιωτικό εξοπλισμό. Όλοι αυτοί οι τομείς έχουν δει σημαντική ανάπτυξη την τελευταία δεκαετία, με τους αναλυτές να προβλέπουν ακόμη μεγαλύτερη ανάπτυξη στο μέλλον. Εδώ είναι μια εταιρεία που βρίσκεται σε θέση να εκμεταλλευτεί την μελλοντική υιοθέτηση.

UiPath

UiPath (PATH ) εισήλθε στην αγορά το 2005. Εκείνη την εποχή, ονομαζόταν DeskOver. Οι ιδρυτές της εταιρείας, Daniel Dines και Marius Tîrcă, ήθελαν να δημιουργήσουν αξιόπιστο λογισμικό ρομποτικής αυτοματοποίησης για τη νέα βιομηχανία. Η πρώτη δεκαετία της εταιρείας είδε αργή αλλά σταθερή ανάπτυξη.

Το 2015, η εταιρεία μετονομάστηκε σε UiPath και επέκτεινε τις δραστηριότητές της. Άνοιξε κεντρικά γραφεία στη Νέα Υόρκη, με νέα γραφεία στο Λονδίνο, το Μπανγκαλόρ, το Παρίσι, τη Σιγκαπούρη, την Ουάσινγκτον D.C. και το Τόκιο. Το 2021, η UiPath φιλοξένησε μία από τις μεγαλύτερες IPO λογισμικού στις ΗΠΑ, εξασφαλίζοντας 35 δισεκατομμύρια δολάρια για περαιτέρω λειτουργίες.

Σήμερα, η UiPath διαδραματίζει ζωτικό ρόλο στην ρομποτική αυτοματοποίηση. Το λογισμικό τους βοηθά στόλους ρομπότ να παραμένουν συγχρονισμένοι, λειτουργώντας με ασφάλεια με χιλιάδες ανθρώπινους συνεργάτες και άλλες συσκευές. Ως εκ τούτου, όσοι επιδιώκουν έκθεση στη βιομηχανία ρομποτικής θα πρέπει να ερευνήσουν περισσότερο τις μετοχές της UiPath.

Τελευταία Νέα και Ανάπτυξη Μετοχών UiPath (PATH)

Τελευταίες Σκέψεις: Το Μέλλον του Ρομποτικού Δέρματος

Η έννοια του ρομποτικού δέρματος θα μπορούσε να ενισχύσει το πώς οι άνθρωποι και τα ρομπότ αλληλεπιδρούν στο μέλλον. Αυτή η συσκευή θα μπορούσε να ενσωματωθεί σε υπάρχοντα ρομπότ, παρέχοντάς τους μια αναβαθμισμένη κατανόηση του περιβάλλοντός τους και νέες δυνατότητες. Για αυτούς τους λόγους και πολλούς άλλους, πρέπει να επαινέσουμε αυτούς τους μηχανικούς για τη σκληρή δουλειά τους.

Μάθετε για άλλες ενδιαφέρουσες εξελίξεις στη ρομποτική εδώ.

Μελέτες που Αναφέρονται:

^{1. David Hardman et al., Δομή Πληροφοριών Πολυμορφικής με Μονόστρωτα Μαλακά Δέρματα και Ηλεκτρική Αντίσταση Τομογραφία Υψηλής Πυκνότητας.Sci. Robot.10,eadq2303(2025).DOI:10.1126/scirobotics.adq2303}