Le ceramiche sono la chiave per ampliare i sensi nella robotica morbida includendo il tatto e la temperatura?

Che ti piaccia o no, il tuo prossimo collega potrebbe essere un robot. Oggi, sempre più persone si trovano a lavorare accanto a macchine autonome. Questi dispositivi sono ideali per svolgere compiti che vanno dalla selezione di oggetti alla esecuzione di interventi chirurgici. Perciò, c'è una forte domanda di ampliare la gamma di sensi, consentendo a questi dispositivi di comprendere meglio il loro ambiente.

Studio sulle Ceramiche Intelligenti

Lo studio "Sensor-Embedded Muscle for Closed-Loop Controllable Actuation in Proprioceptive Biohybrid Robots,"¹ pubblicato su Advanced Intelligent Systems, descrive come gli ingegneri hanno utilizzato ceramiche avanzate per creare componenti robotici in grado di percepire. Nell'articolo, gli ingegneri approfondiscono la creazione di dispositivi artificiali di sensazione che sfruttano impulsi elettrici e sensori integrati direttamente nella superficie robotica.

Ceramiche Morbide

Per comprendere il progetto, è necessario prima riconoscere che le ceramiche esistono in molte forme diverse. Sebbene si possa pensare a decorazioni o oggetti da cucina, esistono anche ceramiche ad alte prestazioni. Queste unità conducono elettricità e forniscono una struttura solida per molti dispositivi elettronici odierni. In particolare, i ricercatori hanno iniziato i loro sforzi sperimentando diverse ceramiche per registrarne i comportamenti e le capacità.

Durante le prove, il team ha descritto come ha preso questo materiale e lo ha frantumato in piccole particelle. Le particelle sono state poi incorporate in una matrice termoplastica. Curiosamente, è stata utilizzata una stampante 3D professionale per garantire che il processo di incorporazione fosse completato con precisione. Successivamente, la plastica elastica è stata manipolata, consentendo agli ingegneri di registrare il comportamento del materiale su una varietà di elasticità e posizioni diverse.

Test delle Ceramiche ad Alte Prestazioni

La materia dei sensori morbidi è stata testata per verificare se potesse registrare temperatura, deformazione, pressione o umidità. Questi dispositivi sono stati in grado di registrare i diversi sensi utilizzando impulsi elettrici. Da lì, il team ha preso la matrice ceramica e l'ha usata per creare una mano protesica.

Mano Protesica

La mano protesica è stata poi utilizzata per testare l'accuratezza e la sensibilità dei sensori morbidi. In modo preciso, i sensori impiegati nella mano sono stati creati per registrare calore e pressione. Inoltre, il materiale poteva indicare la sua posizione rispetto alle altre parti della mano. Lo studio ha concluso che il team è riuscito a creare una mano capace di percepire la pressione applicata e persino di reagire quando tocca un'altra persona.

Pelle Robotica

Il passo successivo per i ricercatori è stato tentare di creare una pelle robotica. Il team ha iniziato creando una matrice ceramica multistrato. La matrice è stata riempita con particelle ceramiche con una configurazione a strati speciale per monitorare i cambiamenti di tocco e temperatura. Questa pelle robotica è stata progettata per assomigliare e sentirsi come la pelle umana, rendendola un'opzione intelligente per i robot che operano vicino agli esseri umani. Da lì, il team ha iniziato a sviluppare un modello di IA.

Protesi Intelligente

Un modello di IA controlla le reazioni della mano in base all'ambiente e alle condizioni. In particolare, il modello di IA è stato addestrato utilizzando 4500 misurazioni e movimenti muscolari. Questo addestramento è stato condotto con ingegneri dell'ETH di Zurigo e dell'Università di Tokyo. La protesi utilizza sensori piezoresistivi integrati nei tessuti, consentendo al dispositivo di generare energia dal movimento, eliminando la necessità di batterie.

Risultati

I risultati dello studio dimostrano esattamente come potrebbe essere sviluppato un robot con la capacità di lavorare in sicurezza accanto agli esseri umani. Questi dispositivi potrebbero riconoscere quando urtano una persona e persino arretrare, prevenendo lesioni. Inoltre, l'IA del sistema apprende costantemente da ogni interazione, rendendolo il primo robot bioibrido propriocettivo in grado di percepire.

Applicazioni Potenziali

Ci sono molte applicazioni per questa tecnologia. L'accoppiamento di sistemi IA avanzati con robot capaci di percepire porterà allo sviluppo di macchine più sicure. Queste unità saranno in grado di svolgere compiti che prima erano possibili solo per gli esseri umani. Inoltre, saranno più versatili, poiché potranno percepire l'ambiente e adattare le loro azioni alle condizioni.

Robotica Morbida

La robotica morbida comprende dispositivi che utilizzano materiali flessibili anziché metodi tradizionali. I robot morbidi assumono molte forme. Ad esempio, i sorter robotici devono raccogliere frutta e altri prodotti delicati e spostarli senza causare danni. Questi dispositivi sono destinati a ricevere un importante aggiornamento con l'introduzione di una pelle sensibile e altre modifiche che consentono loro di operare come mani umane.

I robot morbidi hanno suscitato interesse recentemente per diversi motivi. Possono urtare contro di te senza farti del male. Inoltre, questi dispositivi possono spesso cambiare forma per attraversare terreni difficili. Questo sviluppo garantirà che i robot morbidi percepiranno presto temperatura e pressione.

Sanità

Numerose aziende si specializzano in chirurghi robotici. Questi dispositivi operano usando sensori di precisione e ottici per guidare l'unità. L'introduzione di sensori di pressione e temperatura consentirebbe a questi robot di eseguire interventi più complessi mantenendo la sintonia con le condizioni del paziente.

È notevole che le protesi intelligenti potrebbero aiutare milioni di pazienti a godere di una migliore qualità della vita. Questi dispositivi di nuova generazione potrebbero incorporare più sensi, offrendo al paziente un'esperienza naturale. Inoltre, combinando questa tecnologia con le recenti scoperte nei controllori cerebrali, potremmo assistere al giorno in cui le protesi di ricambio dei pazienti saranno più capaci delle originali.

Ricerca e Soccorso

I robot morbidi hanno trovato uno scopo speciale nel settore della ricerca e del soccorso. Questi dispositivi possono attraversare ambienti accidentati spesso inaccessibili agli esseri umani. Possono essere modellati per strisciare come serpenti o assumere la forma di piccoli insetti. In modo impressionante, questi dispositivi sono già stati utilizzati in zone di catastrofe dove hanno contribuito a salvare vite. I robot possono entrare nelle zone pericolose di disastri e fornire aiuto urgente prima di altri soccorritori.

In futuro, questo dispositivo potrebbe localizzare le persone in difficoltà e persino effettuare scansioni di routine dei loro parametri vitali, fornendo ai soccorritori dati importanti sullo stato del paziente. Inoltre, questi robot verrebbero impiegati per valutare il percorso migliore per recuperare la persona ferita, poiché il dispositivo potrebbe avvisare i soccorritori di pericoli come calore o sostanze chimiche.

Agricoltura

Gli agricoltori di tutto il mondo cercano costantemente modi semplici per migliorare l'efficienza. Con l'aumento della popolazione mondiale, gli agricoltori continuano a innovare per soddisfare la crescente domanda. La robotica morbida può aiutarli a preparare, piantare, raccogliere e controllare la qualità del cibo. Questi dispositivi possono integrare sistemi IA per migliorare ulteriormente le loro capacità, consentendo di determinare con alta precisione se un frutto è maturo o avariato.

Ricercatori

Il Laboratorio di Ceramiche ad Alte Prestazioni di Empa ha guidato lo studio. Il team ha collaborato con l'Università di Cambridge per sviluppare l'arto protesico alimentato da IA. Ora il team cerca di ampliare i propri sforzi e creare robotica più avanzata, oltre ad espandere le capacità del modello IA.

Aziende che potrebbero beneficiare di questa ricerca

L'industria della robotica è in crescita. Pertanto, ci si può aspettare di vedere più unità entrare nelle linee di produzione nei prossimi anni. I robot riducono rischi e costi e migliorano la qualità. Di conseguenza, più aziende desiderano integrarli. Ecco un'azienda che è idealmente posizionata per sfruttare al meglio questa ricerca nei prossimi mesi.

Zebra Technologies

Zebra Technologies (ZBRA ) è entrata nel mercato nel 1969, originariamente come Data Specialties Incorporated. I fondatori dell'azienda, Ed Kaplan e Gerhard Cless, volevano creare un'azienda di software e hardware che potesse migliorare l'esperienza dell'utente e offrire soluzioni innovative. Sono riusciti a introdurre numerose tecnologie, tra cui essere la prima azienda a offrire uno scanner di codici a barre.

Nel 1986, l'azienda ha cambiato nome in Zebra Technologies. Oggi è un fornitore popolare di soluzioni robotiche, servizi e software. In particolare, i modelli fetch100 Roller e Fetch100 Shelf possono navigare negli impianti di produzione e ordinare e consegnare contenitori in modo autonomo. Il robot è già in uso a livello globale e ha ricevuto recensioni molto positive.

Zebra Technologies è un'aggiunta intelligente al tuo portafoglio per diversi motivi. In primo luogo, l'azienda è in crescita da molto tempo. Ha ottenuto una menzione nella rivista Forbes del 2002 nella lista “200 Best Small Companies in America”, insieme ad altri riconoscimenti.

La quota dell'azienda, ZBRA, ha registrato una crescita considerevole e costante nel corso dell'anno. Ha una capitalizzazione di mercato di 19,808 miliardi di dollari e il suo rapporto PE (TTM) è 51,82. Questa crescita è stata generata da una combinazione di nuovi prodotti lanciati dall'azienda e delle loro iniziative nella robotica e nei sistemi IA.

Ceramiche nella Robotica

L'uso di ceramiche ad alte prestazioni nella robotica è destinato a trasformare il mercato in futuro. Questo studio dimostra che i robot possono essere configurati per percepire in modo simile agli esseri umani, consentendo loro di lavorare accanto alle persone con meno rischi e aumentando la produttività. Pertanto, dovresti prepararti a un collega robotico in futuro.

Scopri altri progetti robotici interessanti ora.

Riferimento allo studio:

^{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}