Ovatko keraamit avaintekijä pehmeiden robottien aistien laajentamisessa kosketuksen ja lämpötilan sisällyttämiseksi?

Olipa se mielipiteesi mikä tahansa, seuraava työtoverisi saattaa olla robotti. Nykyään yhä useammat ihmiset työskentelevät autonomisten koneiden rinnalla. Nämä laitteet soveltuvat erinomaisesti tehtäviin, jotka vaihtelevat tavaroiden lajittelusta leikkausten suorittamiseen. Tästä syystä on suuri tarve laajentaa aistien kirjoa, jotta laitteet voivat ymmärtää ympäristöään paremmin.

Roborit, jotka voivat tuntea ja käsitellä esineitä kuin ihmiskäsi, ovat tulossa. Äskettäin Empan insinöörit ryhmä vei tuntevia robotteja koskevan konseptin askeleen pidemmälle. Tässä kaikki, mitä sinun tarvitsee tietää siitä, miten keramiikka voisi olla avain robottien luomiseen, jotka voivat tuntea lämpötilan, kosketuksen, paineen ja paljon muuta.

Älykkäiden keraamien tutkimus

Tutkimus “Sensor-Embedded Muscle for Closed-Loop Controllable Actuation in Proprioceptive Biohybrid Robots”,¹ julkaistu Advanced Intelligent Systems -lehdessä, kuvaa, miten insinöörit hyödynsivät edistyneitä keraamisia materiaaleja luodakseen robotin komponentteja, jotka voivat tuntea. Julkaisussa insinöörit syventyvät syvälle keinotekoisten tunto-laitteiden luomiseen, jotka hyödyntävät sähköpulssia ja antureita, jotka on suoraan integroidut robotin pintaan.

Pehmeät keraamit

Ymmärtääksesi projektin, sinun on ensin otettava hetki huomata, että keraamisia materiaaleja on monenlaisia. Vaikka saatat ajatella sisustusta tai keittiötavaroita, on olemassa myös suorituskykyisiä keraamisia materiaaleja. Nämä yksiköt johtavat sähköä ja tarjoavat vankan rakenteen monille nykypäivän elektroniikkalaitteille. Merkittävää on, että tutkijat aloittivat työnsä kokeilemalla erilaisia keraamisia materiaaleja niiden käyttäytymisen ja ominaisuuksien kartoittamiseksi.
Kokeiden aikana tiimi kuvasi, miten he ottivat tämän materiaalin ja hajottivat sen pieniksi hiukkasiksi. Hiukkaset upotettiin sitten termoplastiseen matriksiin. Mielenkiintoista on, että ammatillista 3D-tulostinta käytettiin varmistamaan upotusprosessin tarkka toteutus. Tämän jälkeen venytettävää muovia muokattiin, mikä mahdollisti insinööreille materiaalin käyttäytymisen tarkkailun erilaisissa joustavuuksissa ja asennoissa.

Suorituskykyisten keraamien testi

Pehmeitä anturimateriaaleja testattiin, jotta selviäisi, pystyvätkö ne havaitsemaan lämpötilan, venymän, paineen tai kosteuden. Nämä laitteet pystyivät rekisteröimään eri aistit sähköpulssien avulla. Tämän jälkeen tiimi käytti keraamista kenttämatriisia luodakseen proteesikäden.

Proteesikäsi

Proteesikäsiä käytettiin sen jälkeen pehmeiden antureiden tarkkuuden ja herkkyyden testaamiseen. Anturit, jotka oli upotettu käteen, suunniteltiin havaitsemaan lämpöä ja painetta. Lisäksi materiaali pystyi kertomaan sijaintinsa suhteessa käden muihin osiin. Tutkimus totesi, että tiimi onnistui luomaan käden, joka pystyy tuntemaan kohdistetun paineen ja jopa reagoimaan koskettaessaan toista henkilöä.

Robotin iho

Seuraava askel tutkijoille oli yrittää luoda robotin iho. Tiimi aloitti monikerroksisen keraamisen matriisin luomisella. Matriisi täytettiin keraamisilla hiukkasilla erityisellä kerroksellisella rakenteella, jotta voidaan seurata kosketus- ja lämpötilamuutoksia. Tämä robotin iho suunniteltiin näyttämään ja tuntumaan ihmisen iholta, tehden siitä älykkään vaihtoehdon robotteille, jotka toimivat lähellä ihmisiä. Tämän jälkeen tiimi ryhtyi luomaan AI-mallia.

Älykäs proteesi

AI-malli ohjaa käden reaktioita ympäristön ja olosuhteiden perusteella. Erityisesti AI-malli koulutettiin käyttäen 4500 mittausta ja lihasliikkeitä. Tämä koulutus toteutettiin ETH Zürichin ja Tokion yliopiston insinöörien kanssa. Proteesi käyttää kudokseen integroituneita piezoresistiivisiä antureita, mikä mahdollistaa laitteen tuottaa energiaa liikkeestä ja poistaa tarvetta akuille.

Tulokset

Tutkimuksen tulokset osoittavat tarkalleen, miten robotti voidaan kehittää, jolla on kyky työskennellä ihmisten rinnalla turvallisesti. Nämä laitteet voivat tunnistaa, kun ne törmäävät henkilöön, ja jopa vetäytyä, estäen loukkaantumisia. Lisäksi järjestelmän AI oppii jatkuvasti jokaisesta vuorovaikutuksesta, mikä tekee siitä ensimmäisen proprioseptisen biohybridirobotin, joka voi tuntea.

Mahdolliset sovellukset

Tälle teknologialle on monia sovelluksia. Edistyneiden AI-järjestelmien yhdistäminen tunteviin robotteihin johtaa turvallisempien koneiden kehittämiseen. Nämä yksiköt pystyvät suorittamaan tehtäviä, jotka olivat aiemmin mahdollisia vain ihmisille. Lisäksi ne ovat monipuolisempia, koska ne voivat havaita ympäristönsä ja säätää toimintaansa olosuhteiden mukaan.

Pehmeä robotiikka

Pehmeä robotiikka on laitteita, jotka käyttävät pehmeitä materiaaleja perinteisten menetelmien sijaan. Pehmeitä robotteja on monenlaisia. Esimerkiksi robottilajittelijat joutuvat poimimaan hedelmiä ja muita herkkiä tuotteita ja siirtämään ne vahingoittamatta. Näiden laitteiden odotetaan saavan merkittävän päivityksen tuntevan ihon ja muiden muutosten myötä, jotka mahdollistavat niiden toiminnan kuin ihmisen kädet.

Pehmeät robotit ovat herättäneet kiinnostusta viime aikoina useista syistä. Ne voivat törmätä sinuun vahingoittamatta sinua. Lisäksi nämä laitteet voivat usein muuttaa muotoaan vaikean maaston läpäisemiseksi. Tämä kehitys varmistaa, että pehmeät robotit tulevat pian tuntemaan lämpötilan ja paineen.

Terveydenhuolto

Useita yrityksiä on erikoistuneet robottikirurgeihin. Nämä laitteet toimivat tarkkuus- ja optiikkasensoreiden avulla ohjaamaan yksikköä. Paine- ja lämpötilasensoreiden käyttöönotto mahdollistaisi näiden robottien suorittaa monimutkaisempia leikkauksia pysyen samalla synkronoituna potilaan tilan kanssa.

Erityisesti älykkäät proteesit voisivat auttaa miljoonia potilaita saavuttamaan paremman elämänlaadun. Nämä seuraavan sukupolven tuotteet voisivat sisällyttää useita aisteja, tarjoten potilaalle luonnollisen kokemuksen. Lisäksi, kun yhdistät tämän teknologian viimeaikaisiin läpimurtoihin aivojen ohjaimissa, voit nähdä päivän, jolloin potilaiden korvaavat proteesit ovat kykenevämpiä kuin alkuperäiset.

Etsintä ja pelastus

Pehmeät robotit ovat löytäneet erityisen tarkoituksen etsintä- ja pelastussektorilta. Nämä laitteet voivat kulkea karuissa ympäristöissä, jotka ovat usein ihmisille saavuttamattomia. Ne voidaan muotoilla käärmeiden kaltaisiksi tai pienten hyönteisten muotoisiksi. Vaikuttavaa on, että näitä laitteita on jo käytetty katastrofialueilla, joissa ne ovat auttaneet pelastamaan henkiä. Robotit voivat päästä vaarallisiin katastrofi-alueisiin ja tarjota kaivattua apua ennen muita pelastajia.

Tulevaisuudessa tämä laite voisi paikantaa avun tarpeessa olevia ihmisiä ja jopa tehdä rutiiniskenaarioita heidän elintoiminnoistaan, tarjoten pelastajille tärkeää tietoa potilaan tilasta. Lisäksi näitä robotteja käytettäisiin parhaan reitin arvioimiseen loukkaantuneen henkilön hakemiseksi, sillä laite voisi ilmoittaa pelastajille vaaroista, kuten kuumuudesta tai kemikaaleista.

Maatalous

Maailman viljelijät etsivät jatkuvasti helppoja tapoja parantaa tehokkuutta. Kun maailman väestö kasvaa, viljelijät jatkavat innovointia vastatakseen kasvavaan kysyntään. Pehmeä robotiikka voi auttaa heitä valmistautumaan, istuttamaan, korjaamaan ja valvomaan ruokansa laatua. Nämä laitteet voivat integroida AI-järjestelmiä parantaakseen kykyjään entisestään, mahdollistaen heille tarkkaan määrittää, onko hedelmä kypsä tai pilaantunut.

Tutkijat

Empan Korkean suorituskyvyn keraamien laboratorio johti tutkimusta. Tiimi työskenteli Cambridge Universityn kanssa kehittääkseen AI-pohjaisen proteesirannen. Nyt tiimi pyrkii laajentamaan toimintaansa ja luomaan kehittyneempiä robotteja sekä laajentamaan AI-mallinsa kykyjä.

Yritykset, jotka voisivat hyötyä tästä tutkimuksesta

Robotiikkateollisuus on kasvussa. Tästä syystä voit odottaa näkeväsi yhä enemmän yksiköitä valmistuslinjoilla tulevina vuosina. Robotit vähentävät riskejä ja kustannuksia sekä parantavat laatua. Tämän seurauksena yhä useammat yritykset haluavat integroida ne. Tässä on yksi yritys, joka on ihanteellisesti asemoitu hyödyntämään tätä tutkimusta tulevina kuukausina.

Zebra Technologies

Zebra Technologies (ZBRA ) astui markkinoille vuonna 1969, alun perin nimellä Data Specialties Incorporated. Yrityksen perustajat, Ed Kaplan ja Gerhard Cless, halusivat luoda ohjelmisto- ja laitteistoyrityksen, joka voisi parantaa käyttäjäkokemusta ja tarjota innovatiivisia ratkaisuja. He onnistuivat edistämään useita teknologioita, mukaan lukien ensimmäisenä yrityksenä, joka tarjosi viivakoodiskannerin.

Vuonna 1986 yritys uudelleennimesi Zebra Technologiesiksi. Nykyään se on suosittu robotiikan, palveluiden ja ohjelmistoratkaisujen tarjoaja. Erityisesti fetch100 Roller ja Fetch100 Shelf voivat navigoida valmistuslaitoksissa sekä lajitella ja toimittaa laatikoita itsenäisesti. Robotti on jo käytössä maailmanlaajuisesti ja on saanut korkeat arvostelut.

Zebra Technologies on älykäs lisäys salkkuusi useista syistä. Yksi syy on, että yritys on ollut nousussa pitkään. Se sai maininnan Forbes-lehden vuoden 2002 ”200 parasta pientä yritystä Amerikassa” -listalla muiden palkintojen ohella.

Yrityksen osake, ZBRA, on kokenut merkittävää ja tasaista kasvua vuoden aikana. Sen markkina-arvo on 19,808 miljardia dollaria ja sen P/E-luku (TTM) on 51,82. Tämä kasvu johtui yrityksen uusien tuotteiden julkaisusta sekä sen panostuksista robotiikkaan ja AI-järjestelmiin.

Keraamit robotiikassa

Korkean suorituskyvyn keraamien käyttö robotiikassa on tulossa muuttamaan markkinoita tulevaisuudessa. Tämä tutkimus osoittaa, että robotit voidaan varustaa tuntemaan ihmisiä muistuttavalla tavalla, mikä mahdollistaa niiden työskentelyn ihmisten rinnalla pienemmällä riskillä ja parantaa tuottavuutta. Tästä syystä sinun kannattaa valmistautua robotti-työkaveriin tulevaisuudessa.

Opi muista hienoista robottiprojekteista nyt.

Tutkimusviite:

^{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}