Verminderen, hergebruiken, recyclen – Hoe robotica onze aanpak van afvalverwerking kan veranderen

Nieuw onderzoek in Applied Physics Reviews laat zien hoe een betere tastzin robots kan helpen om voorwerpen te sorteren en te herkennen. De studie introduceert een speciaal ontwikkelde robot met nieuwe waarnemingsmogelijkheden. De onderzoekers testten deze mogelijkheden met verschillende afvalverwerkingstaken. Het doel was te onderzoeken hoe robots met tastzin complexe voorwerpen in praktijksituaties kunnen herkennen. Dit moet u weten.

Verbeterde Zintuigen van Robots

Het is geen geheim dat robots steeds slimmer worden. Deze apparaten combineren geavanceerde sensoren en AI-algoritmen om hun prestaties en mogelijkheden te verbeteren. Er bestaan al robots die voorwerpen of zelfs situaties kunnen herkennen op basis van beelden, geluiden en de omstandigheden.

Bron – Applied Physics Reviews – Afvalverwerking

Robotsensoren zijn voortdurend verbeterd. De huidige opties lopen wat nauwkeurigheid, gewicht en mogelijkheden betreft ver voor op hun voorgangers. Dankzij deze sensoren kunnen robots complexe taken overnemen waarvoor een nauwkeurige objectherkenning nodig is.

Verbeteringen in AI

AI-leeralgoritmen hebben een cruciale rol gespeeld bij het verbeteren van deze robots. AI-systemen stellen ontwikkelaars in staat robots veel slimmer te maken. Ze kunnen situaties en voorwerpen afleiden uit aanwijzingen in hun omgeving en externe factoren, waardoor hun herkenningssystemen sterk verbeteren. De meeste verbeteringen in waarneming van de afgelopen jaren kwamen voort uit de integratie van AI.

Tactiele Robots – Afvalverwerking

Een onderdeel van de robotica dat veel belangstelling van ingenieurs krijgt, is tastzin. Bij robots denkt u waarschijnlijk aan een mensachtige machine die een ruimte scant met visuele, thermische en andere sensoren. Minder vaak denkt men na over hoe robots voorwerpen aanraken en voelen.

Robots met tastzin zijn door hun specifieke vaardigheden steeds populairder geworden. Ze kunnen belangrijke functies op de werkvloer vervullen en taken uitvoeren die op zicht gerichte robots niet aankunnen. Door verschillende tastsensoren te combineren bepalen ze het gewicht, de vorm, de dichtheid en andere belangrijke eigenschappen van een voorwerp.

Problemen met Tactiele Robots Vandaag

Ingenieurs moeten enkele grote problemen oplossen bij het ontwikkelen van robots met tastzin. Zo is het bijzonder moeilijk een robot te programmeren die voorwerpen herkent door ze vast te pakken. De menselijke hand heeft miljarden samenwerkende sensoren waarmee u kunt bepalen of u een appel of een tennisbal hebt opgepakt.

In praktijksituaties waarin een hoge nauwkeurigheid vereist is, hebben robots met tastzin nog niet aan de nauwkeurigheidseisen kunnen voldoen. Deze robots verwarren geregeld voorwerpen met vergelijkbare vormen en afmetingen. Ook storingen en afleidingen uit de omgeving kunnen het voor robots met tastzin moeilijker maken om voorwerpen correct te classificeren.

Ook de stand van een voorwerp en de manier waarop het wordt vastgepakt, spelen een grote rol bij de classificatie. Robots met tastzin moeten hun gegevens daarom combineren met die van andere sensoren om een volledig beeld te krijgen van de situatie, het voorwerp en de juiste behandeling ervan. Zo kunnen ze leren voorwerpen te herkennen, ook wanneer de vorm en afmetingen afwijken van het voorbeeld dat tijdens de AI-training werd gebruikt.

Studie – Afvalverwerking

De studie “Verbeterde tactiele waarneming door robots met waarneming in ruimte en tijd en logisch redeneren voor robuuste objectherkenning” beschrijft waarom en hoe de onderzoekers de prestaties van robots met tastzin wilden verbeteren. Aan het begin leggen de ingenieurs uit dat tactiele robotica tot voor kort vooral beperkt was tot het waarnemen van gewicht, druk en manipulatie.

Spatiotemporale Tactiele Waarneming

De onderzoekers realiseerden zich dat mensen ook temperatuurwaarneming gebruiken om voorwerpen nauwkeurig te herkennen. Meerdere sensoren, gecombineerd met geavanceerde AI-algoritmen, vormden de ideale combinatie om de nauwkeurigheid en herkenningssnelheid te verbeteren. Het nieuwe protocol stelde apparaten in staat visuele gegevens te combineren met thermische metingen, oppervlakteruwheid, contactdruk en temperatuur.

Gelaagde Sensor Verbetert Afvalverwerkingsmogelijkheden

Het team ontwikkelde een nieuw type robotsensor met meerdere lagen om betere resultaten te verkrijgen. De sensor bevat verschillende systemen voor materiaalherkenning die bij contact met een oppervlak relevante gegevens meten en vastleggen. De druksensoren in de robothand bevinden zich onderaan het apparaat.

Ze worden aangevuld door thermische sensoren in het midden van de hand. Net als bij een menselijke hand zit de sensor achter poreus materiaal, waardoor hij binnen enkele seconden nauwkeurige metingen van voorwerpen kan uitvoeren. Hij is zo gevoelig dat hij de kleinste temperatuurveranderingen door het hanteren van voorwerpen kan detecteren.

AI-integratie

Al deze sensorinformatie zou onbruikbaar kunnen blijven zonder het speciaal ontwikkelde AI-leermodel waarmee de onderzoekers de gegevens ordenen en interpreteren. Hun systeem gebruikt een efficiënt algoritme voor cascadeclassificatie, waarmee het apparaat complexe voorwerpen uit de praktijk kan herkennen door ze kort te manipuleren.

Het AI-algoritme is ontworpen om op het menselijke brein te lijken: het sluit eerst duidelijk onjuiste mogelijkheden uit voordat het plausibeler oplossingen onderzoekt. Deze cascadeclassificator gebruikt meerlagige neurale netwerken met een lang kortetermijngeheugen om nauwkeurige resultaten te leveren. De AI herkent en categoriseert elk voorwerp zelfstandig volgens een hiërarchie en breidt daarbij zijn toekomstige mogelijkheden uit.

Afvalverwerkingstest

Om hun theorie en apparaten te testen, zochten de onderzoekers een taak die traditioneel erg moeilijk is voor robots met tastzin. Om verschillende redenen kozen ze afvalsortering. Afval is bijzonder divers: bij het sorteren komt men allerlei materialen in verschillende toestanden tegen.

Bovendien bevat afval vaak meerdere gelijksoortige voorwerpen die alleen verschillen in toestand, inhoud of andere kleine kenmerken die een robot kunnen verwarren. Taken zoals het sorteren van lege dozen, restafval, plastic flessen, servetten, sponzen, sinaasappelschillen en verlopen medicijnen bleken onmogelijk voor eerdere robotversies. Deze verbetering kan ertoe leiden dat robots de komende jaren recyclebare materialen, voedselresten, gevaarlijk afval en meer sorteren.

Resultaten

De testresultaten waren veelbelovend: de robots sorteerden 98,85% van het aangeboden afval correct. Dit kan grote gevolgen voor de sector hebben, omdat het laat zien dat de nieuwe aanpak voor robots met tastzin effectief en publiek beschikbaar is. Het rapport beschrijft hoe het apparaat uiteenlopende voorwerpen kon herkennen en volgens hun categorie kon sorteren.

Uit de studie bleek dat de robot voorwerpen kon sorteren, zelfs als hij ze voor het eerst onderzocht. Daarom hebben de onderzoekers er vertrouwen in dat hun systeem de komende jaren een belangrijke rol kan spelen bij afvalverwerking, recycling en andere essentiële taken.

Voordelen

Uit deze studie volgen verschillende voordelen. Gevoeligere robots met tastzin maken in de eerste plaats veel meer robottoepassingen mogelijk. Ingenieurs dromen al lang van robots die een fabriek binnenkomen, van mensen leren en vervolgens hun taken overnemen.

Vroeger was dit niet mogelijk omdat robots voorwerpen onvoldoende konden categoriseren. Thermische sensoren en aanvullende AI vergroten hun mogelijkheden tot een niveau dat vergelijkbaar is met dat van mensen. Robots kunnen nu bepalen of de appel die ze vasthouden echt, nep, warm, koud of zelfs hol is.

Bedrijven die Potentieel Profiteren van dit Onderzoek

Veel bedrijven kunnen hun marktpositie aanzienlijk versterken door dit onderzoek in hun producten te verwerken. De roboticasector blijft groeien en meer concurrenten zorgen voor meer innovatie. Dit zijn enkele belangrijke spelers die de bevindingen zouden kunnen toepassen om hun winstgevendheid te verbeteren.

1. ABB

ABB is een toonaangevende internationale robotfabrikant met een reputatie voor kwaliteit. Het in Zürich gevestigde bedrijf biedt verschillende robots voor industriële toepassingen. Een populair product is het mobiele robotplatform Flexi Tub, dat samen met mensen door complexe werkomgevingen kan navigeren.

De Yumi-robot is de nieuwste introductie van het bedrijf. Deze assemblagerobot heeft een vrij bewegende arm en talrijke sensoren, waardoor hij geschikt is voor productielijntaken zoals montage. Thermische sensoren, tastsensoren en andere onderdelen uit het onderzoeksrapport zouden zijn mogelijkheden sterk verbeteren. Daarom is ABBY een aandeel om te volgen.

2. Zebra Technologies

ZBRA Prijsgrafiek

Zebra Technologies (ZBRA ) is gevestigd in de Verenigde Staten. Het bedrijf biedt industriële robots voor complexe taken, zoals het vervoeren van goederen door drukke magazijnen terwijl ze obstakels en werknemers ontwijken. De Fetch Roller 100 en Fetch 100-rekken worden momenteel door onderzoekers gebruikt.

De belangrijkste voordelen van deze robots zijn hun flexibiliteit, eenvoudige programmeerbaarheid en het vermogen om taken via een cloudprotocol te coördineren. Dit extra gemak maakt het eenvoudig om de prestaties van robots binnen uw activiteiten te volgen en te verbeteren. Een betere tastzin zou hun mogelijkheden vergroten en de deur openen naar meer toepassingen in uiteenlopende sectoren.

De marktpositie van Zebra Technologies en het feit dat zijn werkende prototypes wereldwijd worden gebruikt, vergroten de vraag naar het aandeel. Analisten voorspellen groei naarmate de robotica-industrie zich uitbreidt. Voorlopig geldt ZBRA als een sterk aandeel om aan te houden.

Toekomst

De toekomst van robots met tastzin ziet er goed uit. Ze kunnen productie stroomlijnen, afval verminderen en helpen bij dagelijkse activiteiten. Naarmate deze apparaten opkomen, zullen ook slimmere AI en autonome toepassingen toenemen. Dit zijn enkele mogelijke toepassingen van deze geavanceerde robots.

Industrieel

Industriële robotica is een miljardenindustrie die blijft groeien. Fabrikanten proberen al lange tijd waar mogelijk robots in te zetten om productieprocessen te stroomlijnen. Robots met tastzin kunnen taken uitvoeren die anders mensen zouden doen, zoals een voorwerp oppakken en erin knijpen om de rijpheid te beoordelen.

In de toekomst krijgen robots taken bij de ontwikkeling, productie en het testen van nieuwe producten. Door menselijke zintuiglijke waarneming na te bootsen kunnen ze beter onderbouwde beslissingen nemen die rekening houden met menselijke nuances, terwijl ze de kosten voor fabrikanten verlagen.

Medisch

In de medische sector zijn veel toepassingen voor robots met tastzin denkbaar. Deze apparaten kunnen mensen die ledematen missen op een dag helpen weer te voelen. Tactiele robotica kan de sleutel zijn tot prothesen die echt aanvoelen en meer.

Deze wetenschappelijke vooruitgang kan met neurale signalen worden gecombineerd om een naadloze wisselwerking tussen de patiënt en de kunstmatige ledemaat te creëren. In de komende jaren kunnen patiënten hun prothesen mogelijk bedienen en voelen als een echt lichaamsdeel. Deze aanpak kan het leven van miljoenen mensen wereldwijd verbeteren.

Landbouw

Ook de landbouw wil robots met tastzin zo snel mogelijk inzetten. Ze kunnen complexe taken uitvoeren, zoals fruit plukken. AI-systemen kunnen de rijpheid van voedsel bepalen en het categoriseren. Gezien het toenemende aantal mensen dat met voedselonzekerheid leeft, is robotisering van de landbouw bovendien goed te begrijpen.

Onderzoekers

Het onderzoek werd geleid door Qian Mao en Rong Zhu, alumni van Tsinghua University. Deze ingenieurs onderzochten wat nodig is om een robot met de tastmogelijkheden van de menselijke hand te maken. Hun onderzoek was zeer succesvol en heeft inmiddels de aandacht van enkele grote spelers in de robotica-industrie.

Afvalsorteerrobots zijn pas het begin

De mogelijkheden van deze robots voor afvalverwerking zijn slechts het begin. Nu ingenieurs een oplossing hebben gevonden voor de moeilijke herkenning van voorwerpen in complexe praktijksituaties, opent dit de deur naar een nieuwe generatie robotica, gedreven door innovatie en de wens het leven gemakkelijker te maken.

Lees meer over andere interessante projecten hier.