Soft‑robotica profiteert van schuimfluidica

Van harde naar zachte robots

Wanneer we aan robots denken, denken we ofwel aan enorme en logge industriële robots of aan futuristische robots uit sciencefiction, van de allemaal metalen angstaanjagende Terminator tot het slankere en gladdere ontwerp van iRobot en echte moderne humanoïde robots .

Bron: Sanctuary

In elk geval is een constante de alomtegenwoordigheid van gladde metalen en plastic oppervlakken, met bewegingen gecreëerd door zuigers, hydraulica en elektrische motoren.

Deze robotica‑ontwerp kan echter beperkend zijn voor veel toepassingen die een subtielere aanpak vereisen. Bijvoorbeeld, robots die met het menselijk lichaam interageren, of bijvoorbeeld die verantwoordelijk zijn voor het plukken van fruit, hebben flexibelere materialen en een zachtere aanraking nodig om schade te voorkomen.

Als reactie op deze behoefte ontstaat een nieuw vakgebied genaamd zachte robotica. Dit vakgebied onderzoekt hoe nieuwe materialen kunnen worden gebruikt om zachte en flexibele robotsystemen te creëren. We hebben dit idee eerder onderzocht, met name op hoe 3D‑printen kan helpen bij het bouwen van zachte robots, of hoe hydrogel de wendbaarheid van robots kan vergroten.

Een nieuw idee kan nu worden toegevoegd aan dit arsenaal van zachte robottechnieken: schuimfluidica.

Van pneumatische logica naar schuimfluidica

Onderzoekers van de Universiteit van Texas bestudeerden hoe schuim een nieuw materiaal kan zijn om robots van te bouwen. Ze ontdekten dat de luchtstroom door de rasterachtige structuur van open‑cel schuim elektronica kan vervangen, en publiceerden hun resultaten in een wetenschappelijk artikel getiteld “Embedded Fluidic Sensing and Control with Soft Open-Cell Foams”.

Het kernidee kwam voort uit de studie van een wetenschappelijk veld genaamd pneumatische logische schakelingen. Het concept is om elektronische berekeningen gebaseerd op elektriciteit te vervangen door fluctuaties van luchtstromen.

Tot nu toe heeft dit concept voornamelijk het ontwerp van elektronische schakelingen nagebootst. Dit beperkte het potentieel sterk, omdat bij complexere berekeningen en sensoren de grootte en het gewicht van het apparaat een probleem zouden worden.

In plaats daarvan keken de onderzoekers van Rice University naar het gebruik van de drukverschillen die ontstaan door lucht die door de microscopische poriën in schuimvellen stroomt. Door meerdere lagen van dergelijk schuim toe te voegen, konden ze de luchtstroom erdoor fijn afstemmen. Op deze manier konden ze complexe pneumatische berekeningen en regeltaken uitvoeren, maar met een veel eenvoudigere schakeling dan traditionele pneumatische logica.

Bron: Rice University

Analoge ingebouwde schakeling

Een goed voorbeeld is hoe een deel van de robot kan reageren op druk. Traditionele robotica zou complexe elektronische sensoren, uitgebreide armen met meerdere componenten om te buigen, en een batterij‑aangedreven elektrische motor of hydraulisch systeem nodig hebben om de kracht over te brengen en te regelen.

Schuimfluidica kan in plaats daarvan de reactie “ingebouwd” hebben in de robotarm, die buigt onder druk en reageert in verhouding tot de stimulus, bijvoorbeeld alleen half buigt bij minder kracht.

Bron: Rice University

Het bereiken hiervan was niet zonder uitdagingen. Eén daarvan was dat de luchtdichtheid verandert met de druk, wat complexe berekeningen vereist om de luchtstroom door het schuim te modelleren.

Het creëren van een theoretisch model dat nauwkeurig de luchtstroom en reactie van het schuim voorspelt, was een van de belangrijkste onderdelen van dit onderzoeksproject. Pas nadat dit was voltooid, kon een ontwerp met voorspelbare schuimfluidica worden gebouwd.

Toepassingen

Omdat schuimfluidica niet afhankelijk is van elektronica en batterijen, kan het veel lichter zijn dan conventionele robotoplossingen. Dit is ideaal voor integratie in stoffen en kleding. Het vermogen om te buigen en te bewegen zonder de stoffen te beschadigen of hun stijfheid te verhogen, helpt eveneens.

Exosuits

Een eerste toepassing zou kunnen zijn om mensen met beperkte mobiliteit, door handicaps of verwondingen, te helpen. Er is al een groeiende markt van exoskeletten gebaseerd op “klassieke robotica” om in dergelijke gevallen te ondersteunen, iets wat we bespraken in “Independence and Mobility through Robotics – How Exosuits Can Help Those with Parkinson’s Disease”.

Dezelfde technologie zou kunnen helpen om blessures te verminderen bij werk dat zware lasten vereist, zoals in magazijnen, fabrieken of het leger.

We kunnen ons gemakkelijk voorstellen hoe robotica gebaseerd op schuimfluidica in dergelijke exosuits kan worden geïntegreerd of zelfs volledig kan worden vervangen als onderdeel van op maat gemaakte broeken, shirts, enz., omdat ze gemakkelijker te dragen en discreet zijn.

VR / Haptische technologie

Haptische systemen creëren een gevoel van aanraking als reactie op een stimulus. Een tijdlang was dit de volgende grens van virtual reality en andere simulatiesystemen.

Schuimfluidica kan helpen nieuwe soorten haptische sensoren te creëren, die beweging detecteren, bijvoorbeeld, en deze omzetten in een bericht op een aanraaksensor. Dit zou kunnen worden gebruikt om bijvoorbeeld nauwkeurigere digitale replica’s van beweging te maken in simulaties die worden gebruikt voor het trainen van artsen, noodhulpverleners of andere professionele trainingen.

Bron: Rice University

Investeren in zachte robotica

Zachte robotica zal waarschijnlijk een groeiend onderdeel worden van de groeiende robotmarkt, nu robots geleidelijk de fabrieksvloeren verlaten om te helpen bij patiëntenzorg in ziekenhuizen, goederen te verplaatsen in magazijnen, of fruit te plukken in velden en boomgaarden.

U kunt investeren in robotgerelateerde bedrijven via vele brokers, en u kunt hier, op securities.io, onze aanbevelingen vinden voor de beste brokers in de VS, Canada, Australië, het VK, en vele andere landen.

Als u niet geïnteresseerd bent in het selecteren van specifieke robotbedrijven, kunt u ook kijken naar robot‑ETF’s zoals GlobalX Robotics & Artificial Intelligence ETF (BOTZ), iShares Automation & Robotics UCITS ETF (RBOT), of Global Robotics & Automation Index ETF (ROBO), die een meer gediversifieerde blootstelling bieden om te profiteren van de groeiende robotindustrie.

Bedrijven in zachte robotica

1. Ekso BIONICS

Ekso BIONICS is een leider in exoskelettechnologie. Het lanceerde in 2012 het eerste commerciële medische revalidatie‑exoskelet. Sindsdien heeft het goedkeuring gekregen voor zijn ABI‑ en EVO‑pakken.

Hoewel het zich uitbreidt in de werk‑/zware‑segmenten, richt het bedrijf zich nog steeds voornamelijk op therapieën en medische mobiliteit.

De bedrijfsomzet is snel gegroeid (+38% jaar‑op‑jaar in 2023).

Bron: Ekso

Het bedrijf heeft recent de Human Motion and Control (HMC) Business Unit van Parker Hannifin Corporation overgenomen om zijn aangedreven exoskeletten voor mensen met verlamming aan zijn aanbod toe te voegen.

Dit zou kunnen aangeven dat Ekso een goed potentieel heeft om een seriële overnemer te worden in de exoskeletsector, waarbij het aanbod groeit via een mix van interne R&D en strategische overnames.

Het maakt het ook een goede kandidaat om zachte robotica en schuimfluidica in toekomstige ontwerpen te integreren, terwijl het profiteert van zijn vroege aanwezigheid in de medische en werk‑exoskeletmarkten.

2. Soft Robotics

Dit bedrijf is privé genoteerd en in 2018 sloot ABB Technological Ventures een partnerschap met Soft Robotics om de ontwikkeling van microfluïdische berekeningen en een zachte grijper voor robots te versnellen.

Omdat Soft Robotics zich richt op de ontwikkeling van mGripAI, een robot met een zachte grip voor de voedingsverwerkende industrie, gecombineerd met een volledige 3D‑visie‑ en AI‑systeem en gebruikmakend van het IRB360 FlexPicker grijpsysteem van ABB.

Bron: Soft Robotics

De aanpak van het bedrijf zou mogelijk ook schuimfluidica kunnen integreren, gezien de ervaring met het toepassen van microfluïdische technologie in real‑world toepassingen.

U kunt mGripAI ook in actie zien in deze video.

Voorlopig is de belangrijkste toepassing van zachte actuatoren en grijpers in industriële processen, met name in de voedingsindustrie.

Verderop, vooruitgang in AI, machine vision, batterijtechnologie en zachte robotica zou de creatie van robots moeten mogelijk maken die verpleegkundigen, winkeliers, schoonmakers en andere taken kunnen assisteren die momenteel bijna voor 100 % afhankelijk zijn van menselijke arbeid.