Er keramikk nøkkelen til å utvide sansene i myk robotikk til å inkludere berøring og temperatur?

Enten du liker det eller ikke, kan din neste kollega være en robot. I dag jobber flere mennesker side om side med autonome maskiner. Disse enhetene er ideelle for å utføre oppgaver som spenner fra sortering av gjenstander til å utføre operasjoner. Derfor er det stor etterspørsel etter å utvide sanserangen, slik at disse enhetene kan forstå omgivelsene sine bedre.

Roboter som kan føle og manipulere gjenstander som en menneskelig hånd er på vei. Nylig tok en gruppe ingeniører fra Empa konseptet med følende roboter et steg videre. Her er alt du trenger å vite om hvordan keramikk kan være nøkkelen til å lage roboter som kan føle temperatur, berøring, trykk og mer.

Smart Keramikk Studie

Studien «Sensor-Embedded Muscle for Closed-Loop Controllable Actuation in Proprioceptive Biohybrid Robots»,¹ publisert i Advanced Intelligent Systems, beskriver hvordan ingeniører brukte avansert keramikk for å lage robotkomponenter som kan føle. I artikkelen går ingeniørene i dybden på utviklingen av kunstige følesystemer som utnytter elektriske pulser og sensorer direkte integrert i robotens overflate.

Myke Keramikk

For å forstå prosjektet må du først ta et øyeblikk for å innse at keramikk finnes i mange ulike former. Mens du kanskje tenker på dekor eller kjøkkenartikler, finnes det også høyytelseskeramikk. Disse enhetene leder elektrisitet og gir en solid struktur for mange elektroniske produkter i dag. Merk at forskerne startet arbeidet med å eksperimentere med ulike keramikktyper for å registrere deres oppførsel og egenskaper.

Under testene beskrev teamet hvordan de tok dette materialet og brøt det ned i små partikler. Partiklene ble deretter innlemmet i en termoplastisk matrise. Interessant nok ble en profesjonell 3D-printer brukt for å sikre at innlempingsprosessen ble utført nøyaktig. Deretter ble den strekkbare plasten manipulert, slik at ingeniørene kunne registrere materialets oppførsel over en rekke ulike elastisiteter og posisjoner.

Test av Høyytelseskeramikk

De myke sensormaterialene ble testet for å se om de kunne registrere temperatur, belastning, trykk eller fuktighet. Disse enhetene klarte å registrere de ulike sansene ved hjelp av elektriske pulser. Deretter tok teamet den keramiske feltmatrisen og brukte den til å lage en protetisk hånd.

Protetisk Hånd

Den protetiske hånden ble deretter brukt til å teste nøyaktigheten og følsomheten til de myke sensorene. Sensorene i hånden ble spesielt utviklet for å registrere varme og trykk. I tillegg kunne materialet oppgi sin posisjon i forhold til andre deler av hånden. Studien konkluderte med at teamet lyktes i å lage en hånd som kunne føle påført trykk og til og med reagere når den berørte en annen person.

Robot Hud

Det neste steget for forskerne var å forsøke å lage robot-hud. Teamet begynte med å lage en flerlagret keramisk matrise. Matrisen ble fylt med keramikkpartikler med en spesiell lagdelt oppsett for å overvåke berøring og temperaturendringer. Denne robot-huden ble designet for å se ut og føles som menneskelig hud, noe som gjør den til et smart alternativ for roboter som arbeider i nærheten av mennesker. Deretter begynte teamet å utvikle en AI-modell.

Smart Protetisk

En AI-modell styrer håndens reaksjoner basert på miljøet og forholdene. Spesielt ble AI-modellen trent med 4500 målinger og muskelbevegelser. Denne treningen ble utført sammen med ingeniører fra ETH Zürich og University of Tokyo. Den protetiske enheten bruker vevsintegrerte piezoresistive sensorer, som gjør at enheten kan generere strøm fra bevegelse, og dermed fjerner behovet for batterier.

Resultater

Resultatene fra studien viser nøyaktig hvordan en robot kan utvikles med evnen til å arbeide trygt side om side med mennesker. Disse enhetene kan gjenkjenne når de støter borti en person og til og med trekke seg tilbake, noe som forhindrer skader. I tillegg lærer systemets AI kontinuerlig av hver interaksjon, noe som gjør den til den første proprioceptive biohybride roboten som kan føle.

Potensielle Anvendelser

Det finnes mange anvendelser for denne teknologien. Kombinasjon av avanserte AI-systemer med roboter som kan føle vil føre til utviklingen av tryggere maskiner. Disse enhetene vil kunne utføre oppgaver som tidligere kun var mulige for mennesker. I tillegg vil de være mer allsidige, da de kan sanse omgivelsene sine og justere handlingene sine etter forholdene.

Myk Robotikk

Myk robotikk er enheter som bruker myke materialer i stedet for tradisjonelle metoder. Myke roboter finnes i mange former. For eksempel må robot-sorteringsmaskiner plukke frukt og andre følsomme produkter og flytte dem uten å forårsake skade. Disse enhetene vil få en betydelig oppgradering med innføringen av følende hud og andre modifikasjoner som gjør dem i stand til å operere som menneskelige hender.

Myke roboter har nylig vekket interesse av flere grunner. De kan støte borti deg uten å skade deg. I tillegg kan disse enhetene ofte endre formen for å bevege seg over vanskelig terreng. Denne utviklingen vil sikre at myke roboter snart vil kunne føle temperatur og trykk.

Helsevesen

Flere selskaper spesialiserer seg på robotkirurger. Disse enhetene opererer med presisjon og optiske sensorer for å hjelpe med å styre roboten. Innføringen av trykk- og temperatursensorer vil gjøre det mulig for disse robotene å utføre mer komplekse operasjoner samtidig som de holder seg i takt med pasientens tilstand.

Spesielt kan smarte proteser hjelpe millioner av pasienter med å få en bedre livskvalitet. Disse neste generasjons produktene kan innlemme flere sanser, og gi pasienten en naturlig opplevelse. I tillegg, når du kombinerer denne teknologien med nylige gjennombrudd innen hjernekontrollere, kan du se en dag da pasienters erstatningsproteser er mer kapable enn de opprinnelige.

Søk og Redning

Myke roboter har funnet et spesielt formål innen søk- og redningssektoren. Disse enhetene kan bevege seg gjennom røffe miljøer som ofte er umulige for mennesker å nå. De kan formes som slanger eller som små insekter. Imponerende har disse enhetene allerede blitt brukt i katastrofeområder hvor de har bidratt til å redde liv. Robotene kan komme inn i farlige katastrofeområder og gi nødvendig hjelp før andre redningsmannskaper.

I fremtiden kan denne enheten lokalisere personer i nød og til og med utføre rutinemessige skanninger av deres vitale tegn, og gi redningspersonell viktig informasjon om pasientens tilstand. I tillegg vil disse robotene bli brukt til å vurdere den beste ruten for å hente den skadde personen, ettersom enheten kan varsle redningspersonell om farer som varme eller kjemikalier.

Landbruk

Verdens bønder leter stadig etter enkle måter å forbedre effektiviteten på. Etter hvert som verdens befolkning vokser, fortsetter bønder å innovere for å møte den økende etterspørselen. Myk robotikk kan hjelpe dem med å forberede, så, høste og kontrollere kvaliteten på maten deres. Disse enhetene kan integrere AI-systemer for å forbedre evnene sine ytterligere, slik at de med høy nøyaktighet kan avgjøre om en frukt er moden eller råtten.

Forskere

Empas Laboratorium for Høyytelseskeramikk ledet studien. Teamet samarbeidet med University of Cambridge for å utvikle den AI-drevne proteslemmen. Nå ønsker teamet å utvide innsatsen sin og lage mer avansert robotikk, samt utvide AI-modellens kapasiteter.

Selskaper som kan ha nytte av denne forskningen

Robotindustrien er i vekst. Derfor kan du forvente å se flere enheter på produksjonslinjene i de kommende årene. Roboter reduserer risiko og kostnader og forbedrer kvaliteten. Som følge av dette ønsker flere bedrifter å integrere dem. Her er ett selskap som er ideelt posisjonert til å utnytte denne forskningen i de kommende månedene.

Zebra Technologies

Zebra Technologies (ZBRA ) gikk inn på markedet i 1969, opprinnelig som Data Specialties Incorporated. Selskapets grunnleggere, Ed Kaplan og Gerhard Cless, ønsket å skape et programvare- og maskinvarefirma som kunne forbedre brukeropplevelsen og tilby innovative løsninger. De lyktes i å pionere flere teknologier, inkludert å være det første firmaet som tilbød en strekkodeleser.

I 1986 endret selskapet navn til Zebra Technologies. I dag er det en populær leverandør av robotikk, tjenester og programvareløsninger. Spesielt kan fetch100 Roller og fetch100 Shelf navigere i produksjonsanlegg og sortere og levere kasser autonomt. Robotene er allerede i bruk globalt og har fått høye anmeldelser.

Zebra Technologies er et smart tillegg til porteføljen din av flere grunner. For det første har selskapet vært i vekst over lang tid. Det fikk en omtale i Forbes-magasinets «200 Best Small Companies in America» fra 2002, sammen med andre anerkjennelser.

Selskapets aksje, ZBRA, har opplevd betydelig og jevn vekst gjennom året. Den har en markedsverdi på 19,808 milliarder dollar og en P/E‑ratio (TTM) på 51,82. Denne veksten skyldes en kombinasjon av at selskapet lanserer nye produkter og deres satsing på robotikk og AI-systemer.

Keramikk i Robotikk

Bruken av høyytelseskeramikk i robotikk vil endre markedet fremover. Denne studien viser at roboter kan konfigureres til å føle på en måte som ligner på mennesker, noe som gjør dem i stand til å arbeide side om side med folk med mindre risiko og økt produktivitet. Derfor bør du forberede deg på en robotkollega i fremtiden.

Lær om andre spennende robotprosjekter nå.

Studierreferanse:

^{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}