Μαλακή Ρομποτική για να Επωφεληθεί από τη Φουσκοειδή Ρευστομηχανική

Από Σκληρά Σε Μαλαρά Ρομπότ

When we think of robots, we either think of massive and bulky industrial robots or futuristic robots from science fiction, from the all-metal terrifying Terminator to the more sleek and smooth design of iRobot and real modern humanoid robots.

Πηγή: Sanctuary

Σε κάθε περίπτωση, ένα σταθερό στοιχείο είναι η πανταχού παρουσία λείων μεταλλικών και πλαστικών επιφανειών, με κινήσεις που δημιουργούνται από πιστονούς, υδραυλική και ηλεκτρικούς κινητήρες.

Ωστόσο, αυτός ο σχεδιασμός ρομπότ μπορεί να είναι περιοριστικός για πολλές εφαρμογές που απαιτούν πιο λεπτή προσέγγιση. Για παράδειγμα, τα ρομπότ που αλληλεπιδρούν με ανθρώπινα σώματα, ή, για παράδειγμα, εκείνα που είναι υπεύθυνα για τη συγκομιδή φρούτων, απαιτούν πιο ευέλικτα υλικά και πιο ήπιο άγγιγμα για να αποφεύγεται η ζημιά.

Ως απάντηση σε αυτήν την ανάγκη, αναδύεται ένας νέος τομέας που ονομάζεται μαλακή ρομποτική. Αυτός ο τομέας εξερευνά πώς να χρησιμοποιηθούν νέα υλικά για τη δημιουργία μαλακών και ευέλικτων ρομποτικών συστημάτων. Έχουμε ήδη εξερευνήσει αυτήν την ιδέα, ιδιαίτερα στο πώς η 3D εκτύπωση μπορεί να βοηθήσει στην κατασκευή μαλακών ρομπότ, ή στο πώς το υδρογέλη μπορεί να αυξήσει την ευκινησία των ρομπότ.

Μια νέα ιδέα μπορεί τώρα να προστεθεί σε αυτήν τη σειρά τεχνικών μαλακής ρομποτικής: φουσκοειδής ρευστομηχανική.

Από Πνευματική Λογική Στη Φουσκοειδή Ρευστομηχανική

Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Τέξας μελέτησαν πώς η φουσκοειδής μπορεί να είναι ένα νέο υλικό από το οποίο να κατασκευάζονται ρομπότ. Ανακάλυψαν ότι η ροή του αέρα μέσω της δομής τύπου πλέγματος ανοικτής κυψέλης φουσκοειδούς μπορεί να αντικαταστήσει τα ηλεκτρονικά, και δημοσίευσαν τα αποτελέσματά τους σε επιστημονικό άρθρο με τίτλο «Embedded Fluidic Sensing and Control with Soft Open-Cell Foams».

Η βασική ιδέα ξεκίνησε από τη μελέτη ενός επιστημονικού πεδίου που ονομάζεται κυκλώματα πνευματικής λογικής. Η έννοια είναι να αντικατασταθεί η ηλεκτρονική υπολογιστική που βασίζεται στο ηλεκτρισμό με τις διακυμάνσεις των ροών αέρα.

Μέχρι τώρα, αυτή η έννοια έχει κυρίως μιμηθεί το σχεδιασμό των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων. Αυτό περιορίζει σημαντικά το δυναμικό της, καθώς για πιο σύνθετους υπολογισμούς και αισθητήρες, το μέγεθος και το βάρος της συσκευής θα αποτελούσαν πρόβλημα.

Αντίθετα, οι ερευνητές του Rice University έψαξαν να χρησιμοποιήσουν τις διαφορές πίεσης που δημιουργούνται από τη ροή αέρα μέσω των μικροσκοπικών πόρων στα φύλλα φουσκοειδούς. Προσθέτοντας πολλαπλές στρώσεις τέτοιου φουσκοειδούς, μπορούσαν να ρυθμίσουν με ακρίβεια τον τρόπο με τον οποίο ο αέρας ρέει μέσα από αυτό. Με αυτόν τον τρόπο, μπορούσαν να εκτελέσουν σύνθετους πνευματικούς υπολογισμούς και εργασίες ελέγχου, αλλά με πολύ πιο απλό σχεδιασμό κυκλώματος από την παραδοσιακή πνευματική λογική.

Πηγή: Rice University

Αναλογικό Ενσωματωμένο Κύκλωμα

Ένα καλό παράδειγμα είναι πώς ένα τμήμα του ρομπότ μπορεί να ανταποκριθεί στην πίεση. Η παραδοσιακή ρομποτική θα απαιτούσε σύνθετους ηλεκτρονικούς αισθητήρες, πολύπλοκα βραχίονες με πολλαπλά εξαρτήματα για κάμψη, και έναν ηλεκτρικό κινητήρα ή υδραυλικό σύστημα τροφοδοτούμενο από μπαταρία για τη μετάδοση και ρύθμιση της δύναμης.

Η φουσκοειδής ρευστομηχανική μπορεί αντίθετα να έχει την αντίδραση «ενσωματωμένη» στον βραχίονα του ρομπότ, κάμπτοντας όταν υπάρχει πίεση και αντιδρώντας ανάλογα με το ερέθισμα, όπως κάμπτοντας μόνο κατά το ήμισυ όταν πιέζεται με λιγότερη δύναμη.

Πηγή: Rice University

Η επίτευξή του δεν ήρθε χωρίς προκλήσεις. Μία ήταν ότι η πυκνότητα του αέρα αλλάζει με τις αλλαγές στην πίεση, απαιτώντας σύνθετους υπολογισμούς για τη μοντελοποίηση της ροής αέρα μέσω του φουσκοειδούς.

Η δημιουργία ενός θεωρητικού μοντέλου που προβλέπει με ακρίβεια τη ροή αέρα και την αντίδραση του φουσκοειδούς ήταν ένα από τα πιο σημαντικά μέρη αυτού του ερευνητικού έργου. Μόλις ολοκληρωθεί αυτό, μπορούσε να δημιουργηθεί ένας σχεδιασμός με προβλέψιμη φουσκοειδή ρευστομηχανική.

Εφαρμογές

Επειδή η φουσκοειδής ρευστομηχανική δεν βασίζεται σε ηλεκτρονικά και μπαταρίες, μπορεί να είναι πολύ ελαφρύτερη από τις συμβατικές ρομποτικές λύσεις. Αυτό είναι εξαιρετικό για την ενσωμάτωσή της σε υφάσματα και ρούχα. Η ικανότητά της να λυγίζει και να κινείται χωρίς να ζημιώνει ή να αυξάνει τη σκληρότητα των υφασμάτων επίσης βοηθά.

Εξοσκούτς

Μία πρώτη εφαρμογή θα μπορούσε να είναι η βοήθεια σε άτομα με περιορισμένη κινητικότητα, λόγω αναπηριών ή τραυματισμών. Υπάρχει ήδη μια αυξανόμενη αγορά εξωσκελετών βασισμένων στην «κλασική ρομποτική» για να βοηθήσουν σε τέτοιες περιπτώσεις, κάτι που συζητήσαμε στο «Ανεξαρτησία και Κινητικότητα μέσω Ρομποτικής – Πώς τα Εξοσκούτς Μπορούν να Βοηθήσουν Άτομα με Νόσο του Πάρκινσον».

Η ίδια τεχνολογία θα μπορούσε να βοηθήσει στη μείωση των τραυματισμών από εργασίες που απαιτούν άρση βαρέων φορτίων, όπως σε αποθήκες, εργοστάσια ή το στρατό.

Μπορούμε εύκολα να φανταστούμε πώς η ρομποτική βασισμένη σε φουσκοειδή ρευστομηχανική θα μπορούσε να ενσωματωθεί σε τέτοια εξοσκούτς ή ακόμη και να αντικαταστήσει πλήρως εξαρτήματα όπως προσαρμοσμένα παντελόνια, πουκάμισα κ.λπ., καθώς είναι πιο εύκολα στη χρήση και πιο διακριτικά.

VR / Haptic Τεχνολογία

Τα haptic συστήματα δημιουργούν αίσθηση αφής ως αντίδραση σε ένα ερέθισμα. Για κάποιο χρονικό διάστημα, αυτό ήταν το επόμενο όριο της εικονικής πραγματικότητας και άλλων συστημάτων προσομοίωσης.

Η φουσκοειδής ρευστομηχανική μπορεί να βοηθήσει στη δημιουργία νέων τύπων haptic αισθητήρων, ανιχνεύοντας κίνηση, για παράδειγμα, και μετατρέποντάς την σε σήμα σε έναν αισθητήρα αφής. Αυτό θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί, για παράδειγμα, για τη δημιουργία πιο ακριβών ψηφιακών αντιγράφων κίνησης σε προσομοιώσεις που χρησιμοποιούνται στην εκπαίδευση γιατρών, επαγγελματιών εκτάκτου ανάγκης ή άλλης επαγγελματικής εκπαίδευσης.

Πηγή: Rice University

Επένδυση στη Μαλακή Ρομποτική

Η μαλακή ρομποτική είναι πιθανό να αποτελεί αυξανόμενο τμήμα της αναπτυσσόμενης αγοράς ρομποτικής, καθώς τα ρομπότ εξέρχονται σταδιακά από τις εργοστασιακές περιοχές για να βοηθήσουν στη φροντίδα ασθενών στα νοσοκομεία, στη μεταφορά εμπορευμάτων σε αποθήκες ή στη συγκομιδή φρούτων σε αγρούς και κήπους.

Μπορείτε να επενδύσετε σε εταιρείες σχετικές με τη ρομποτική μέσω πολλών χρηματιστών, και μπορείτε να βρείτε εδώ, στο securities.io, τις προτάσεις μας για τους καλύτερους χρηματιστές στις ΗΠΑ, Καναδά, Αυστραλία, Ηνωμένο Βασίλειο, καθώς και σε πολλές άλλες χώρες.

Αν δεν ενδιαφέρεστε να επιλέξετε συγκεκριμένες ρομποτικές εταιρείες, μπορείτε επίσης να εξετάσετε ρομποτικά ETFs όπως GlobalX Robotics & Artificial Intelligence ETF (BOTZ), iShares Automation & Robotics UCITS ETF (RBOT), ή Global Robotics & Automation Index ETF (ROBO), που θα παρέχει πιο διαφοροποιημένη έκθεση για να εκμεταλλευτείτε την αυξανόμενη βιομηχανία ρομποτικής.

Εταιρείες Μαλακής Ρομποτικής

1. Ekso BIONICS

Η Ekso BIONICS είναι ηγέτης στην τεχνολογία εξωσκελετών. Κυκλοφόρησε τον πρώτο εμπορικό ιατρικό εξωσκελετό αποκατάστασης το 2012. Από τότε, έχει λάβει έγκριση για τα μοντέλα ABI και EVO.

Ενώ επεκτείνεται στον τομέα εργασίας/βαρέως φορτίου, η εταιρεία εξακολουθεί να εστιάζει κυρίως σε θεραπείες και ιατρική κινητικότητα.

Τα έσοδα της εταιρείας έχουν αυξηθεί γρήγορα (+38% ετησίως το 2023).

Πηγή: Ekso

Πρόσφατα απέκτησε τη μονάδα επιχειρήσεων Human Motion and Control (HMC) από την Parker Hannifin Corporation για να προσθέσει τα εξοπλισμένα εξωσκελετά της για άτομα με παράλυση στην προσφορά της.

Αυτό θα μπορούσε να υποδηλώνει ότι η Ekso έχει καλό δυναμικό να γίνει σειρά αγοραστή στον τομέα των εξωσκελετών, αυξάνοντας την προσφορά της μέσω συνδυασμού εσωτερικής Έ&Κ; και στρατηγικών εξαγορών.

Το καθιστά επίσης καλό υποψήφιο για υιοθέτηση μαλακής ρομποτικής και φουσκοειδούς ρευστομηχανικής στα μελλοντικά του σχέδια, εκμεταλλευόμενος την πρώιμη παρουσία του στις αγορές ιατρικών και εργασιακών εξωσκελετών.

2. Soft Robotics

Αυτή η εταιρεία είναι ιδιωτική και το 2018, η ABB Technological Ventures συνήψε μια συνεργασία με τη Soft Robotics για την επιτάχυνση της ανάπτυξης μικρορευστομηχανικής υπολογισμού και μαλακού λαβής για ρομπότ.

Από τη στιγμή που η Soft Robotics εστιάζει στην ανάπτυξη του mGripAI, ενός ρομπότ με μαλακή λαβή για τη βιομηχανία επεξεργασίας τροφίμων, συνδυασμένου με πλήρη 3D όραση και σύστημα AI και χρησιμοποιώντας το σύστημα λαβής IRB360 FlexPicker της ABB.

Πηγή: Soft Robotics

Η προσέγγιση της εταιρείας θα μπορούσε ενδεχομένως να ενσωματώσει επίσης φουσκοειδή ρευστομηχανική, λαμβάνοντας υπόψη την εμπειρία της στην εφαρμογή μικρορευστομηχανικής τεχνολογίας σε πραγματικές εφαρμογές.

Μπορείτε επίσης να δείτε το mGripAI σε δράση σε αυτό το βίντεο.

Προς το παρόν, η κύρια εφαρμογή των μαλακών ενεργοποιητών και λαβών είναι στις βιομηχανικές διαδικασίες, ιδιαίτερα στη βιομηχανία τροφίμων.

Στο μέλλον, η πρόοδος στην τεχνητή νοημοσύνη, την μηχανική όραση, την τεχνολογία μπαταριών και τη μαλακή ρομποτική θα πρέπει να επιτρέψει τη δημιουργία ρομπότ που θα μπορούν να βοηθήσουν νοσηλευτές, καταστηματάρχες, καθαριστές και άλλες εργασίες που σήμερα εξαρτώνται σχεδόν 100% από την ανθρώπινη εργασία.