Nieuwe robothuid stelt machines in staat om te voelen als mensen

Een team van ingenieurs van de Universiteit van Cambridge en University College London werkte samen om robothuid te creëren die bijna elke machine kan uitrusten met het vermogen om te voelen. Hun unieke aanpak maakt gebruik van multimodale sensoren, hydrogelmaterialen en machine learning om een nieuw niveau van tastfeedback te creëren dat de potentie heeft om protheses die kunnen voelen en nog veel meer mogelijk te maken. Hier is wat u moet weten.

Waarom aanraking belangrijk is in robotica

De vijf zintuigen die mensen in staat stellen de wereld te navigeren, zijn ook cruciaal voor het creëren van robots die op betekenisvolle wijze met mensen en hun omgeving kunnen interageren. Het is gebruikelijk om robots te zien die meer sensorische invoer integreren als onderdeel van hun extra mogelijkheden.

Echter, het gevoel van aanraking krijgt nu pas de aandacht die het verdient. Van industriële robots die kunnen detecteren wanneer ze tegen een andere werknemer botsen, tot landbouwrobots die kunnen voelen of een vrucht rijp is, aanrakingdetectie is nu een essentieel aspect van de technologie geworden.

Hoe menselijke huid robotontwerp inspireert

Als het gaat om aanraking, is uw huid een wonder. Het kan nauwkeurig verschillende soorten input meten, van warmte tot druk en meer, binnen milliseconden. Bovendien kan dit over het hele lichaam of in specifieke gebieden gebeuren, waarbij uw hersenen de oorsprong en het type aanraking kunnen onderscheiden. Al deze mogelijkheden komen voort uit een flexibel oppervlak dat zichzelf kan genezen.

Robots de mogelijkheid geven om te voelen

Erkennende dat de gevoeligheid van menselijke huid ideaal is voor vele toepassingen, hebben ingenieurs herhaaldelijk geprobeerd robothuiden te creëren. De belangrijkste manier waarop ze deze taak benaderden was door verschillende sensoren in een flexibel materiaal te integreren. De sensoren konden druk, temperatuur en andere belangrijke gegevens detecteren.

Problemen met robothuid

Deze strategie had enkele grote nadelen. Ten eerste voegde elke sensor extra stijfheid toe aan de huid. Bovendien was het creëren van deze sensoren en het installeren ervan in het apparaat een kostbaar en tijdrovend proces. Deze apparaten waren zeer duur om te maken en waren, volgens alle beschrijvingen, fragiel.

Elke stijve sensor voegde een extra gebied toe dat tijdens operaties beschadigd kon worden. De plaatsing van de sensoren speelde ook een rol in welke vormen en ontwerpen het oppervlak moest hebben, waardoor de toepassingen verder werden beperkt. Daarnaast hadden veel sensoren blinde vlekken waar ze niet waren geplaatst of waar andere sensoren moesten worden geïnstalleerd. Bovenop deze problemen voegde elk nieuw type sensor interferentie toe aan het apparaat, waardoor de nauwkeurigheid afnam.

Binnen de studie over robothuid

Multimodale informatiestructurering met enkelvoudige zachte huidlagen en hoogdichte elektrische impedantie‑tomografie studie¹ introduceert een nieuw type robothuid dat in staat is meerdere soorten aanraking te detecteren vanuit één materiaalontwerp. Het apparaat kan op elke vorm worden aangepast en kan aan bestaande robothanden worden toegevoegd als een handschoen, waardoor een nieuwe laag interactiviteit en gevoeligheid aan het apparaat wordt toegevoegd.

Bron – University of Cambridge

Multimodale detectie

De eerste stap in het creëren van de verbeterde robothuid was uitzoeken hoe het aantal benodigde sensoren kon worden verminderd. Om deze taak te volbrengen, richtten de ingenieurs zich op multimodale sensoren. Deze apparaten zijn in staat verschillende soorten signaalinvoer te registreren en de oorzaak van elk zonder interferentie te scheiden. Als onderdeel van deze aanpak ontwikkelde het team een speciaal systeem dat 6 soorten multimodale stimuli ondersteunde, waaronder verwarming, aanraking, druk, schade en meer.

Waarom hydrogel cruciaal is voor robothuid

Een geleidend op gelatine gebaseerd hydrogel werd vervolgens gegoten in de vorm van een volwassen hand. Dit materiaal werd gekozen vanwege zijn geleidbaarheid, zachte gevoel en flexibiliteit. Bovendien kan het worden gesmolten en gevormd tot elke gewenste vorm, wat bijdraagt aan de bruikbaarheid en duurzaamheid van deze apparaten.

Elektrodeconfiguraties

Het team besteedde veel tijd aan het testen van verschillende elektrode‑indelingen. Hun doel was een opstelling te vinden die de mogelijkheden van de robothuid niet verstoorde maar wel nauwkeurige metingen aan de sensoren leverde. Het team besloot uiteindelijk een ontwerp te gebruiken waarbij 32 elektroden op de pols werden geplaatst.

Elektrische impedantie‑tomografie

De ingenieurs leverden deze sensoren data met behulp van technieken voor elektrische impedantie‑tomografie. Opmerkelijk genoeg creëerde de geleidbaarheid van het hydrogel 863.040 geleidingspaden over het membraan. De ingenieurs merkten op dat ze 1,7 miljoen gegevensstukken uit dit ontwerp konden halen wanneer alle beschikbare paden werden gebruikt.

De volgende stap was om de verzamelde data te registreren tijdens bepaalde handelingen, zoals het tikken op de vinger, het knijpen van de hand, een diepe snede of een zachte aanraking. Deze data werd vervolgens ingevoerd in een speciaal ontwikkeld machine learning‑algoritme.

De AI gebruikte dit datamodel om te bepalen welke sensorische invoer prioriteit had boven andere handelingen. Bijvoorbeeld, een diepe snede is belangrijker dan een lichte prik van de vinger. Ze merkten ook op dat het systeem aanpassing van deze voorkeuren ondersteunde.

Afhankelijk van de taak van de robot kunnen ingenieurs aanpassen welke zintuigen prioriteit hebben. Bijvoorbeeld, u wilt de gevoeligheid verhogen bij een landbouwrobot die op rijpheid test, maar de temperatuursensoren verlagen omdat hij werkt in de zomerse zon. Bovendien kunt u het apparaat kalibreren met een menselijke aanraking.

Testen van de mogelijkheden van robothuid

De ingenieurs voerden verschillende fysieke tests uit om te verzekeren dat het apparaat naar verwachting functioneerde. Deze tests omvatten het zachtjes over de hand laten glijden van hun vingers, het aanbrengen van warmte op het apparaat, en het knijpen op verschillende niveaus om het verschil tussen lichte en schadelijke handelingen te registreren. Ze testten ook of het meerdere verschillende soorten aanraking gelijktijdig kon detecteren. In één geval werd de hand gesneden met een medische scalpel.

Resultaten van de robothuidtest

De test toonde aan dat machine learning met succes de verschillende handelingen in realtime bepaalde. De hand kon onderscheid maken tussen menselijke aanraking en niet‑levende objecten.  Ze kon ook weersomstandigheden bepalen op basis van een combinatie van factoren zoals warmte en vochtigheid, net als een mens.

Belangrijkste voordelen van robothuidtechnologie

Er zijn verschillende voordelen die robothuid biedt. Ten eerste stelt het robots in staat om op een mensachtige manier met de fysieke wereld te interageren. Robots in de toekomst zullen kunnen detecteren of ze tegen u of iets willekeurigs botsen en zich aanpassen.

Deze apparaten zullen zo worden ingesteld dat ze begrijpen hoeveel druk ze uitoefenen op objecten op basis van de reactie van het object, wat de deur opent naar effectievere medische apparaten en nog veel meer. De zeer gevoelige aard van robothuid maakt het ideaal voor een breed scala aan toepassingen.

Lage kosten

Een van de grootste voordelen van het nieuwe robothuidontwerp is dat het gemakkelijk te fabriceren is. Traditionele robothuiden vertrouwden op meerdere sensoren, nauwkeurig bedrading. Deze aanpak kost veel meer dan het gebruik van geleidend hydrogel en mist de flexibiliteit om in bijna elke vorm te worden gegoten. Deze nieuwe aanpak zal touch‑gevoelige robotica beschikbaar maken voor meer apparaten.

Robot huid is herbruikbaar

Een ander belangrijk voordeel van het robothuidontwerp is de mogelijkheid om het herbruikbaar te maken. Het geleidend materiaal kan worden gesmolten en naar wens worden gevormd. Het hydrogel kan complexe vormen aannemen zonder interne draden te hoeven leggen. Deze herbruikbare aanpak zal helpen toekomstige e‑waste van robotica te voorkomen.

Duurzaam

Het robothuidontwerp is veel duurzamer dan zijn voorganger. Het feit dat er geen sensoren door het apparaat heen zijn geplaatst, beperkt de kans op relevante schade. Deze structuur biedt ondersteuning voor flexibele en herbruikbare componenten die onder zware belasting standhouden. Ze kunnen ook worden gerepareerd met hydrogel zonder complexe interne sensoren te hoeven repareren.

Aanpasbaar

De aanpasbaarheid van de robothuid is een enorm pluspunt. Het apparaat kan verschillend reageren op verschillende soorten stimuli afhankelijk van de taak. Bijvoorbeeld, u kunt een robot uitrusten om door doorns te negeren bij het plukken van rozen, maar hypersensitief te zijn voor vocht of het gevoel van de steel.

Toepassingen en tijdlijn voor robothuid

Er zijn verschillende toepassingen voor robothuid. Het voor de hand liggende gebruik zou zijn om de mogelijkheden van humanoïde robots te verbeteren. Deze apparaten lijken al op mensen in hun structuur en uiterlijk. Het toevoegen van een laag aanraking zou kunnen helpen om ze nog menselijker en herkenbaarder te maken.

Protheses

Deze studie kan helpen om protheses die kunnen voelen werkelijkheid te maken. Het gebruik van zacht, flexibel hydrogel als huid zal deze medische apparaten realistischer laten aanvoelen voor de drager en de omgeving. Bovendien kunnen ze worden aangepast om dezelfde hoeveelheid gevoel te bieden als het verloren lichaamsdeel of zelfs te worden verrijkt met extra sensorische input.

Automobielsector

De automobielsector staat aan de voorhoede van robotica‑integratie. Deze studie kan helpen om robots te maken die veilig naast mensen kunnen werken. Deze apparaten kunnen herkennen wanneer ze dicht bij of in interactie met een mens komen en reageren zoals een collega zou doen als ze in een ongeluk tegen u botsen en zich terugtrekken.

Landbouwsector

Aanrakinggevoelige robots worden al gebruikt om belangrijke aspecten van de landbouw te bepalen. Het apparaat zou robothuid kunnen gebruiken om zijn gewicht te verminderen, waardoor de operationele tijd en prestaties toenemen. Deze systemen kunnen ook speciaal gebouwde AI‑modellen integreren om de prestaties te verbeteren en resultaten te waarborgen.

Tijdlijn voor robothuid

Het kan 5-10 jaar duren voordat robothuid op de markt komt. De ingenieurs zullen meer werk aan hun ontwerp voltooien en op zoek gaan naar partnerschappen en financiering. Als het succesvol is, zou u robothuid op apparaten in magazijnen kunnen zien binnen de komende 5-7 jaar. Als alles goed gaat, kunnen medische apparaten deze optie binnen het volgende decennium benutten.

Wie heeft robothuid ontwikkeld?

Ingenieurs van de Universiteit van Cambridge en University College London (UCL) werkten samen om deze studie werkelijkheid te maken. Het artikel noemt David Hardman, Thomas George Thuruthel en Fumiya Iida als de primaire auteurs van het werk. Opmerkelijk is dat de studie steun kreeg van de Royal Society, de Engineering and Physical Sciences Research Council, het Samsung Global Research Outreach Program, en UK Research and Innovation.

Toekomst van robothuid

Het team kijkt nu naar het verbeteren van de duurzaamheid en gevoeligheid van hun apparaat. Deze volgende stappen omvatten verder onderzoek naar materialen voor de eenheid en nieuwe sensortypen. Het doel is om te helpen innoveren en enkelvoudige huidlagen in gevoelige systemen te promoten en het gebruik van multimodale sensoropties in de toekomst te stimuleren.

Investeren in robotica

De roboticasector heeft verschillende topconcurrenten. Deze bedrijven variëren in hun aanbod van robots die infrastructuur monitoren tot medische apparaten en militaire hardware. Al deze sectoren hebben de afgelopen decennium aanzienlijke groei gezien, waarbij analisten nog meer groei in de toekomst voorspellen. Hier is één bedrijf dat gepositioneerd is om te profiteren van toekomstige adoptie.

UiPath

UiPath (PATH ) betrad de markt in 2005. Destijds heette het DeskOver. De oprichters van het bedrijf, Daniel Dines en Marius Tîrcă, wilden betrouwbare robotautomatiseringssoftware creëren voor de opkomende industrie. Het eerste decennium van het bedrijf kende een langzame maar gestage groei.

In 2015 verhuisde het bedrijf naar UiPath en breidde de activiteiten uit. Het bedrijf opende een hoofdkantoor in NY, met nieuwe kantoren in Londen, Bangalore, Parijs, Singapore, Washington D.C. en Tokio. In 2021 organiseerde UiPath een van de grootste Amerikaanse software‑IPO’s, waarbij het $35 miljard verkreeg om haar activiteiten verder uit te breiden.

Tegenwoordig speelt UiPath een cruciale rol in robotautomatisering. Hun software helpt robotvloten synchroon te blijven, veilig opererend met duizenden menselijke collega’s en andere apparaten. Daarom zouden degenen die blootstelling zoeken aan de roboticasector meer onderzoek moeten doen naar UiPath‑aandelen.

Laatste UiPath (PATH) aandelennieuws en ontwikkelingen

Slotgedachten: de toekomst van robothuid

Het concept van robothuid kan de manier waarop mensen en robots in de toekomst interageren verbeteren. Dit apparaat kan worden geïntegreerd in bestaande bots, waardoor ze een verbeterd begrip van hun omgeving en nieuwe mogelijkheden krijgen. Om deze en vele andere redenen moet u deze ingenieurs loven voor hun harde werk.

Leer meer over andere coole robotica‑ontwikkelingen hier.

Gerefereerde studies:

^{1. David Hardman et al., Multimodale informatiestructurering met enkelvoudige zachte huidlagen en hoogdichte elektrische impedantie‑tomografie.Sci. Robot.10,eadq2303(2025).DOI:10.1126/scirobotics.adq2303}