Impressão 3D Pode Tornar a Robótica Mais Segura por meio da Biomimética

Um estudo publicado no Advanced Intelligent Systems este mês apresenta uma nova forma de atuador robótico que usa biomimética para criar movimento semelhante ao como seus músculos funcionam. Esses atuadores flexíveis permitem que os engenheiros criem dispositivos flexíveis que podem realizar tarefas únicas, como dobrar ou alterar formas. Aqui está o que você precisa saber.

Robótica Flexível

Robots flexíveis ou ‘não-complacentes’ são um campo em crescimento que tem um potencial ilimitado. Esses dispositivos podem mudar e dobrar para se encaixar em espaços apertados, em torno de cantos e em outras situações onde um dispositivo rígido falharia. Como tal, o mercado de robótica flexível está em ascensão, com analistas prevendo um CAGR de 55,4% até 2029.

Problemas com Atuadores Tradicionais

Um fator que continua a limitar o crescimento do setor de robótica flexível é a seleção atual de atuadores. Cada atuador permite outro vetor de movimento para a unidade. No entanto, esses dispositivos criam pontos duros em todo o structure robótico não-complacente. Esses pontos duros impedem a verdadeira liberdade de movimento.

Além disso, outro atuador é necessário para cada faixa de movimento. Como tal, eles podem adicionar peso e custo a esses dispositivos. Robôs mais pesados usam mais energia, o que os torna menos úteis, eficientes e produtivos.

Usando Biomimética para Criar um Atuador Melhor

O estudo aprofunda uma nova forma de atuador flexível que se assemelha mais aos músculos humanos, pois se estende e contrai ao mesmo tempo. Essa combinação cria mais força e permite que o corpo transfira essa força de forma mais eficiente. Até agora, os engenheiros de robótica se concentraram principalmente em atuadores que podiam se expandir e contrair, com pouca preocupação com sua rigidez durante o processo.

Source – Advanced Intelligent Systems

Pesquisadores

Pesquisadores da Northwestern e da McCormick School of Engineering se uniram para explorar as possibilidades de um novo tipo de atuador biomimético. O estudo foi liderado por Taekyoung Kim. Ele teve a ajuda de Pranav Karthik, Ryan Truby e Junior Professor of Materials Science and Engineering and Mechanical Engineering at the McCormick School of Engineering, Donald Brewer. Juntos, essa equipe inovadora criou um novo processo de fabricação e protótipos funcionais e realizou uma pesquisa aprofundada sobre seu novo atuador biomimético.

Um Novo Estilo de Atuador

O primeiro passo que a equipe deu foi imprimir em 3D o corpo de sua unidade. Os pesquisadores precisavam encontrar uma estrutura que pudesse se dobrar e torcer, mas ainda assim lidar com pressão quando necessário. Especificamente, o design tem bolsas que se deformam automaticamente por meio de buckling torsional em torques crescentes. Essa manobra cria uma forma helicoidal que pode transferir carga torsional de forma eficiente.

Melhor Material para o Trabalho

Eles perceberam cedo que os materiais de atuadores de impressão 3D normais não seriam flexíveis o suficiente para realizar a tarefa. Depois de muita deliberação, foi decidido usar poliuretano termoplástico para seu dispositivo. Esse material é encontrado em muitas coisas que você usa todos os dias. É o material borrachudo que o seu caso de celular e outros pertences usam para se manter protegidos. Notavelmente, esse material é esticável e pode lidar com torque torsional se necessário.

Motor Único

Uma das principais mudanças que os pesquisadores fizeram nos atuadores tradicionais foi eliminar a necessidade de vários motores. Seu dispositivo pode formar uma multitude de formas e se mover em várias direções simplesmente girando o motor único que causa a extensão e contração do dispositivo.

Movimentos Únicos

O design de motor único fornece a esses robôs a máxima flexibilidade. Ele pode se estender e torcer para atender às necessidades de seu ambiente e objetivos. Além disso, o design de motor único reduz custos e pode simplificar o design de dispositivos futuros.

Robô Rastejador

O primeiro dispositivo que a equipe criou foi um robô rastejador de 26 centímetros de comprimento. Essa unidade pode se estender e se dobrar dependendo do torque aplicado a ela pelo servo. O robô é capaz de se mover como uma minhoca, criando um movimento de tração que permite que ele navegue por ambientes complexos a 32 centímetros por minuto.

A equipe testou seu rastejador em um vídeo público. A unidade pode ser vista se movendo por um tubo complexo que exige que o robô complete curvas fechadas para navegar até a liberdade. O dispositivo conseguiu facilmente atravessar as curvas sinuosas com sucesso.

Os resultados do teste do rastejador foram positivos. O robô é capaz de 45% de alongamento, permitindo que ele se torne longo e fino quando necessário. Além disso, a equipe notou que a unidade tem uma força de empurrar bloqueada máxima de aproximadamente 8 N.

Bíceps Artificial

O próximo protótipo que a equipe demonstrou foi um bíceps robótico. Esse dispositivo integra uma célula de carga de 6 eixos, guia linear e um servo único para gerar torque e movimento semelhante a um bíceps humano.

O dispositivo é feito do mesmo material borrachudo que o eixo flexível. Esse design fornece respostas viscoelásticas não lineares. Essas ações resultam em uma resposta de força-deslocamento de histerese, permitindo que o dispositivo curve itens como um braço humano.

Os engenheiros testaram seu bíceps robótico para ver suas capacidades. A unidade levantou com sucesso um peso de 500g 5.000 vezes sem falhar. Esses resultados demonstram a repetibilidade e eficácia da nova abordagem para movimentos de robôs.

Teste

A fase de teste forneceu feedback valioso aos pesquisadores que buscarão melhorar seus designs futuros usando esses dados. Os engenheiros estavam ansiosos para capturar informações vitais, incluindo torque do atuador, pressão de empurrar e puxar, resistência à tração e outros testes de estresse vitais que podem ajudar a determinar as capacidades máximas do novo conjunto.

Benefícios

O estudo dos pesquisadores pode ter alguns efeitos ressonantes no mercado. O campo de robótica flexível continua a se expandir e, à medida que mais desses dispositivos entram em produção, seus benefícios estão se tornando mais aparentes. Aqui estão apenas alguns dos modos como essa pesquisa pode ajudar a impulsionar o mercado de robótica flexível para frente.

Tornar Robôs Mais Seguros

Um dos principais motivos pelos quais há um impulso para criar robôs flexíveis é que eles são muito mais seguros para trabalhar ao redor. Quanto mais os fabricantes buscam integrar robótica em sua força de trabalho, mais comum será para humanos e robôs trabalharem lado a lado. Robôs flexíveis fazem um acompanhante de trabalho muito melhor em muitos cenários.

Por um lado, eles são menos propensos a causar danos a você se você os atingir. Correr contra um cano de metal é doloroso o suficiente. A dor pode ser exacerbada se o dispositivo de metal estiver se movendo e o atingir. Robôs flexíveis ajudariam a eliminar lesões menores devido a colisões leves.

Robôs flexíveis podem trabalhar em ambientes onde robôs tradicionais seriam considerados perigosos para usar. Por exemplo, eles poderiam ajudar a criar gado no futuro. Por agora, esses dispositivos são mais adequados para ambientes centrados no ser humano em comparação com robôs duros tradicionais.

Custo Baixo

Um dos principais benefícios do estudo é a economia. Criar servidores robóticos e robôs duros é uma tarefa cara que tem limitado principalmente a grandes fabricantes de alto padrão por décadas. Avanços recentes ajudaram a nivelar o campo para operações menores.

Esse desenvolvimento mais recente reduz os custos ainda mais. De acordo com a documentação do pesquisador, os protótipos de robô que eles usaram custaram apenas $3 em materiais, excluindo o servo. Essa alternativa barata abre a porta para mais integração, pois há muitas tarefas que os robôs poderiam estar fazendo, mas as restrições de custo limitaram seu uso até agora. Em breve, robótica flexível de baixo custo pode ser encontrada ajudando em sua vida diária.

Usar Impressoras 3D Regulares.

Outro avanço foi a introdução de um atuador biomimético amigável à impressora 3D. A capacidade de fabricar esses dispositivos usando uma impressora 3D de prateleira significa que qualquer um pode integrar os resultados do estudo dos pesquisadores e criar novos e inovadores designs de robótica flexível.

Integrado

Os pesquisadores estão orgulhosos de que seu novo atuador possa ser integrado de forma transparente aos designs robóticos atuais. Essa etapa ajudará a impulsionar a adoção e a inovação. Ela também ajuda os desenvolvedores a obter feedback instantâneo sobre sua pesquisa, à medida que mais engenheiros aproveitam sua estratégia.

Líderes de Mercado Atuais

O mercado de robótica flexível tem uma concorrência séria entre os principais jogadores. Um estudo recente encontrou que apenas 5 principais fabricantes controlam 40% do mercado de robótica flexível. O mesmo estudo encontrou que a América do Norte está liderando a corrida em termos de adoção. Alguns dos principais fabricantes incluem Parker Hannifin, SRT, Myomo, Bionik Laboratories e Panasonic.

1. Cyberdyne

Cyberdyne é uma empresa de tecnologia cibernética que busca mesclar IA, robótica e sistemas de informação para criar um novo nível de eficiência e capacidades. A empresa é uma pioneira no mercado de cibernética e é reconhecida como uma das principais pesquisadoras e fabricantes de dispositivos robóticos flexíveis.

Cyberdyne viu um crescimento impressionante. A empresa viu sua receita expandir de ¥2.15 bilhões para ¥3.29 bilhões em um único ano. Grande parte desse crescimento pode ser atribuída a empreendimentos bem-sucedidos no setor de equipamentos médicos.

2. Soft Robotics

Soft Robotics é outro grande jogador no setor. Essa empresa se especializa em tarefas de fabricação automatizada e agrícolas. Seus dispositivos integram soluções de inspeção visual avançadas e algoritmos de IA para garantir que seu dispositivo possa pegar, classificar e determinar itens com precisão.

Soft Robotics introduz uma mão de pegada flexível que aproveita visão 3D e IA para realizar tarefas complexas que antes eram possíveis apenas com humanos. Esses dispositivos capacitam os cultivadores com capacidades de pegada, classificação e embalagem de alta velocidade. Notavelmente, Soft Robotics é um excelente exemplo de como robôs flexíveis podem melhorar a produtividade.

3. Ekso Bionics Holdings

(EKSO )

Ekso Bionics Holdings é um líder global em tecnologia de exoesqueleto. A tecnologia da empresa serve a vários papéis, abrangendo tanto a saúde quanto a fabricação. Eles atualmente oferecem uma variedade de exoesqueletos usados especificamente para reabilitação, terapia e ajudar as pessoas com problemas de mobilidade a se recuperar.

Ekso oferece exoesqueletos para o torso superior e inferior. Esses dispositivos permitem que o usuário viaje mais longe, levante mais e lide com mais esforço sem se exaustar. A posição e os produtos inovadores da empresa a ajudaram a garantir ganhos de receita maciços desde 2022.

Empresas que Podem se Beneficiar do Atuador Biomimético

Muitas empresas podem usar o estudo dos pesquisadores e melhorar suas ofertas atuais. Essas empresas já estão ativas no mercado e oferecem produtos que podem ver melhorias com essa tecnologia em termos de maior eficiência, menor custo ou melhores ofertas.

ReWalk Robotics

ReWalk é um provedor de sistemas de caminhada biónica. A empresa ajudou milhares de pessoas a recuperar sua mobilidade graças à sua abordagem inovadora e foco. ReWalk Robotics busca ajudar paraplégicos a recuperar o controle de suas vidas usando seus produtos únicos.

O assistente de caminhada biónico ReWAlk apresenta tiras de perna acionadas por servo, bateria de mochila e controle remoto de pulso. Esse dispositivo pode ser configurado para se mover quando solicitado ou para detectar automaticamente o movimento. Nesse modo, o sistema pode melhorar as ações do usuário com esforço mínimo.

Rewalk Robotics tem uma classificação de consenso de “comprar” devido à sua posição no mercado. A empresa continua a empurrar os limites com seus designs e produtos únicos. A introdução de tecnologias adicionais, como IA e atuadores biomiméticos, pode reduzir significativamente os custos de suas unidades no futuro.

RightHand Robotics

Righthand Robotics é outro fabricante de robôs flexíveis. A empresa está localizada em Boston e oferece uma seleção de produtos projetados para oferecer soluções de pegada eficientes ao mercado. A empresa busca capacitar os varejistas a realizar comércio eletrônico simplificado com a ajuda de suas opções de classificação de robôs.

Notavelmente, Righthand Robotics recebeu vários prêmios por seus esforços. A empresa foi listada como a Empresa de Robótica do Ano no New England Venture Capital Association (NEVY) Awards por seu trabalho no campo.

Biomimética Vai Tornar a Vida Mais Fácil para Todos.

No futuro, robôs ocuparão muitas mais posições. Robôs flexíveis ajudarão a progredir essa integração, pois esses dispositivos são mais adequados para trabalhar ao lado de humanos do que unidades tradicionais. Por agora, a pesquisa realizada por esses engenheiros pode ajudar a tornar robôs de raros em opções altamente acessíveis que qualquer um pode comprar. Como tal, é sábio assistir a esses desenvolvimentos à medida que se desenrolam.

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