Pehmeä robotiikka hyötyy vaahtofluidiikasta

Kovista pehmeisiin robotteihin

Kun ajattelemme robotteja, ajattelemme joko massiivisia ja kömpelöitä teollisuusrobotteja tai futuristisia tieteiskirjallisuuden robotteja, kaiken metallista pelottavaa Terminatoria tai sulavampaa ja sileämpää iRobotin ja nykyaikaisten humanoidirobottien muotoilua.

Lähde: Sanctuary

Joka tapauksessa vakiona on sileiden metallien ja muovipintojen kaikkialla läsnäolo, ja liikkeet syntyvät männän, hydraulisten ja sähkömoottorien avulla.

Kuitenkin tämä robottisuunnittelu voi olla rajoittava monissa sovelluksissa, jotka vaativat hienovaraisempaa lähestymistapaa. Esimerkiksi robotit, jotka ovat vuorovaikutuksessa ihmisten kanssa, tai esimerkiksi ne, jotka poimivat hedelmiä, tarvitsevat joustavampia materiaaleja ja lempeämpää kosketusta vahinkojen välttämiseksi.

Vastauksena tähän tarpeeseen syntyy uusi ala, jota kutsutaan pehmeäksi robotiikaksi. Tämä ala tutkii, miten uusia materiaaleja voidaan käyttää pehmeiden ja joustavien robottijärjestelmien luomiseen. Olemme aiemmin käsitelleet tätä ajatusta, erityisesti kuinka 3D-tulostus voi auttaa rakentamaan pehmeitä robotteja tai kuinka hydrogeeli voi lisätä robottien ketteryyttä.

Uusi idea voidaan nyt lisätä tähän pehmeiden robottitekniikoiden joukkoon: vaahtofluidiikka.

Pneumaattisesta logiikasta vaahtofluidiikkaan

Texasin yliopiston tutkijat tutkivat, miten vaahto voisi olla uusi materiaali robottien rakentamiseen. He havaitsivat, että ilman virtaus avoimen soluvaahdon verkkomaisessa rakenteessa voi korvata elektroniikan, ja julkaisi tuloksensa tieteellisessä artikkelissa nimeltä “Upotettu fluidinen tunnistus ja ohjaus pehmeillä avoimen soluvaahdoilla”.

Keskeinen idea sai alkunsa tutkimalla tieteellistä alaa, jota kutsutaan pneumaattisiksi logiikkapiireiksi. Konsepti on korvata sähköön perustuva elektroninen laskenta ilman virtauksen vaihteluilla.

Tähän mennessä tätä konseptia on enimmäkseen jäljitelty elektronisten piirin suunnittelua. Tämä rajoitti sen potentiaalia merkittävästi, sillä monimutkaisemmissa laskelmissa ja antureissa laitteen koko ja paino muodostuisivat ongelmaksi.

Sen sijaan Rice-yliopiston tutkijat pyrkivät hyödyntämään ilman virtauksesta vaahtolevyjen mikroskooppisissa huokosissa syntyviä paine-eroja. Lisäämällä useita tällaisia vaahtokerroksia he pystyivät hienosäätämään ilman virtausta niiden läpi. Näin he pystyivät suorittamaan monimutkaisia pneumaattisia laskelmia ja ohjaustehtäviä, mutta paljon yksinkertaisemmalla piirisellä kuin perinteinen pneumaattinen logiikka.

Lähde: Rice University

Analoginen sisäänrakennettu piiri

Hyvä esimerkki on, miten robotin osa voi reagoida paineeseen. Perinteinen robotiikka vaatisi monimutkaisia elektronisia antureita, moniosaisia käsivarsia, jotka taivutetaan useilla komponenteilla, sekä akulla toimivaa sähkömoottoria tai hydraulijärjestelmää voiman siirtämiseen ja säätämiseen.

Vaahtofluidiikka voi sen sijaan sisältää reaktion “sisäänrakennettuna” robotin käsivarressa, taipuen paineen alla ja reagoiden ärsykkeeseen suhteessa, esimerkiksi taipuen vain puoleen, kun painetaan vähemmällä voimalla.

Lähde: Rice University

Sen saavuttaminen ei ollut ilman haasteita. Yksi haaste oli, että ilman tiheys muuttuu paineen muuttuessa, mikä vaati monimutkaisia laskelmia vaahdon läpi kulkevan ilman virtauksen mallintamiseen.

Teoreettisen mallin luominen, joka tarkasti ennustaa ilman virtauksen ja vaahdon reaktion, oli yksi tärkeimmistä tämän tutkimusprojektin osista. Vasta kun tämä oli tehty, voitiin rakentaa suunnittelu, jossa vaahtofluidiikka on ennustettavissa.

Sovellukset

Koska vaahtofluidiikka ei perustu elektroniikkaan eikä akkuun, se voi olla paljon kevyempi kuin perinteiset robottiratkaisut. Tämä on erinomaista, kun se integroidaan kankaisiin ja vaatteisiin. Sen kyky taivuttaa ja liikkua vahingoittamatta tai lisäämättä kankaan jäykkyyttä on myös hyödyllistä.

Exosukit

Ensimmäinen sovellus voisi olla auttaa ihmisiä, joilla on rajoitettu liikkuvuus, vammojen tai haittojen vuoksi. Markkinat klassiseen robotiikkaan perustuville eksoskeletoneille, jotka auttavat tällaisissa tapauksissa, ovat jo kasvussa, kuten keskustelimme artikkelissa “Itsenäisyys ja liikkuvuus robotiikan avulla – Kuinka exosukit voivat auttaa Parkinsonin taudista kärsiviä“.

Sama teknologia voisi auttaa vähentämään loukkaantumisia työssä, jossa vaaditaan raskaiden kuormien nostamista, kuten varastoissa, tehtaisissa tai sotilasympäristössä.

Voimme helposti kuvitella, miten vaahtofluidiikkapohjainen robotiikka voitaisiin sisällyttää tällaisiin exosukkeihin tai jopa korvata kokonaan räätälöidyillä housuilla, paidoilla jne., koska ne ovat helpommin käytettävissä ja huomaamattomampia.

VR / Haptinen tekniikka

Haptiset järjestelmät luovat tuntoaistin reaktiona ärsykkeeseen. Hetken ajan tämä oli virtuaalitodellisuuden ja muiden simulaatiojärjestelmien seuraava raja-alue.

Vaahtofluidiikka voi auttaa luomaan uusia haptisia antureita, jotka havaitsevat esimerkiksi liikettä ja muuntavat sen viestiksi kosketusanturiin. Tämä voitaisiin käyttää esimerkiksi tarkempien digitaalisten liikkeiden kopioiden luomiseen simulaatioissa, joita käytetään lääkärien, hätäpalveluiden tai muiden ammatillisten koulutusten harjoittelussa.

Lähde: Rice University

Sijoittaminen pehmeään robotiikkaan

Pehmeä robotiikka todennäköisesti kasvaa osana kasvavaa robotiikkamarkkinaa, kun robotit siirtyvät vähitellen teollisuustasoilta auttamaan potilaiden hoitoa sairaaloissa, siirtämään tavaroita varastoissa tai poimimaan hedelmiä pelloilla ja hedelmätarhoilla.

Voit sijoittaa robotiikkaan liittyviin yrityksiin monien välittäjien kautta, ja löydät täältä, securities.io, suosituksemme parhaista välittäjistä Yhdysvalloissa, Kanadassa, Australiassa, Iso-Britanniassa, sekä monissa muissa maissa.

Jos et ole kiinnostunut valitsemaan tiettyjä robotiikkayrityksiä, voit myös tarkastella robotiikka-ETF:iä, kuten GlobalX Robotics & Artificial Intelligence ETF (BOTZ), iShares Automation & Robotics UCITS ETF (RBOT) tai Global Robotics & Automation Index ETF (ROBO), jotka tarjoavat monipuolisemman altistuksen kasvavalle robotiikka-alalle.

Pehmeän robotiikan yritykset

1. Ekso BIONICS

Ekso BIONICS on eksoskelettoniteknologian johtaja. Se lanseerasi ensimmäisen kaupallisen lääketieteellisen kuntoutuseksoskelettonin vuonna 2012. Siitä lähtien se on saanut hyväksynnän ABI- ja EVO-pukuillensa.

Vaikka se laajenee työ- ja raskaiden tehtävien segmentissä, yritys keskittyy edelleen enimmäkseen hoitoihin ja lääketieteelliseen liikkuvuuteen.

Yrityksen liikevaihto on kasvanut nopeasti (+38 % vuodesta toiseen vuonna 2023).

Lähde: Ekso

Se on äskettäin hankkinut Human Motion and Control (HMC) liiketoimintayksikön Parker Hannifin Corporationilta lisätäkseen tarjontaansa voimalla varustetut eksoskelettonit halvaantuneille ihmisille.

Tämä voi viitata siihen, että Eksolla on hyvä potentiaali tulla sarjaiseksi ostajaksi eksoskelettonialalla, laajentaen tarjontaansa sisäisen T&K:n ja strategisten yritysostojen yhdistelmällä.

Se tekee siitä myös hyvän ehdokkaan omaksumaan pehmeän robotiikan ja vaahtofluidiikan tuleviin suunnitelmiinsa, hyödyntäen aikaisempaa läsnäoloaan lääketieteellisillä ja työeksoskelettonimarkkinoilla.

2. Soft Robotics

Tämä yritys on yksityinen ja vuonna 2018 ABB Technological Ventures solmi kumppanuuden Soft Roboticsin kanssa nopeuttaakseen mikroskooppisen fluidin laskennan ja pehmeän tarttijan kehittämistä robotteja varten.

Koska Soft Robotics keskittyy kehittämään mGripAI:ta, robotin, jossa on pehmeä tarttija elintarviketeollisuutta varten, yhdistettynä täyteen 3D-näköön ja AI-järjestelmään sekä käyttäen ABB:n IRB360 FlexPicker -tarttijajärjestelmää.

Lähde: Soft Robotics

Yrityksen lähestymistapa voisi mahdollisesti integroida myös vaahtofluidiikkaa, ottaen huomioon sen kokemuksen mikroskooppisen fluiditeknologian soveltamisesta todellisiin sovelluksiin.

Voit myös nähdä mGripAI:n toiminnassa tässä videossa.

Toistaiseksi pehmeiden toimilaitteiden ja tarttijoiden pääasiallinen sovellus on teollisissa prosesseissa, erityisesti elintarviketeollisuudessa.

Tulevaisuudessa AI:n, konevision, akkuteknologian ja pehmeän robotiikan edistyminen mahdollistaa robottien luomisen, jotka voivat avustaa sairaanhoitajia, kauppiaita, siivoojia ja muita tehtäviä, jotka tällä hetkellä ovat lähes 100 % riippuvaisia ihmistyövoimasta.