Mjukrobotik drar nytta av skumfluidik

Från hårda till mjuka robotar

När vi tänker på robotar föreställer vi oss antingen massiva och skrymmande industrirobotar eller futuristiska robotar från science fiction, från den metalliska skrämmande Terminatorn till den mer eleganta och släta designen av iRobot och verkliga moderna humanoida robotar .

Källa: Sanctuary

I alla fall är en konstant den allestädes närvarande släta metall- och plastytorna, med rörelser skapade av kolvar, hydraulik och elektriska motorer.

Denna robotdesign kan dock vara begränsande för många tillämpningar som kräver ett mer subtilt tillvägagångssätt. Till exempel kräver robotar som interagerar med mänskliga kroppar, eller de som ansvarar för att plocka frukt, mer flexibla material och en mjukare beröring för att undvika skador.

Som svar på detta behov uppstår ett nytt område som kallas mjukrobotik. Detta område utforskar hur man använder nya material för att skapa mjuka och flexibla robotsystem. Vi har tidigare utforskat denna idé, särskilt på hur 3D-utskrift kan hjälpa till att bygga mjuka robotar, eller hur hydrogel kan öka robotars smidighet.

En ny idé kan nu läggas till i detta utbud av mjukrobotik-tekniker: skumfluidik.

Från pneumatiska logik till skumfluidik

Forskare vid University of Texas studerade hur skum kan vara ett nytt material för att bygga robotar. De upptäckte att luftflödet genom den nätliknande strukturen av öppna cellskum kan ersätta elektronik, och publicerade sina resultat i en vetenskaplig artikel med titeln ”Embedded Fluidic Sensing and Control with Soft Open-Cell Foams”.

Den centrala idén började med att studera ett vetenskapligt område som kallas pneumatiska logikkretsar. Konceptet är att ersätta elektronisk beräkning baserad på elektricitet med fluktuationer i luftflöden.

Hittills har detta koncept mest efterliknat designen av elektroniska kretsar. Detta har kraftigt begränsat dess potential, eftersom för mer komplexa beräkningar och sensorer skulle storlek och vikt på enheten bli ett problem.

Istället tittade forskarna vid Rice University på att använda tryckskillnaderna som skapas av luft som flödar genom de mikroskopiska porerna i skumblad. När man lägger till flera lager av sådant skum kan de finjustera hur luften flödar genom det. På så sätt kan de utföra komplexa pneumatiska beräkningar och styruppgifter men med en mycket enklare kretsdesign än traditionell pneumatiskt logik.

Källa: Rice University

Analog inbyggd krets

Ett bra exempel är hur en del av roboten kan svara på tryck. Traditionell robotik skulle behöva komplexa elektroniska sensorer, avancerade armar med flera komponenter för att böja, samt en batteridriven elektrisk motor eller hydrauliskt system för att överföra och reglera kraften.

Skumfluidik kan istället ha reaktionen ”inbyggd” i robotarmen, böja sig när den utsätts för tryck och reagera proportionellt mot stimulansen, som att bara böja sig halvvägs när den pressas med mindre kraft.

Källa: Rice University

Att uppnå detta var inte utan utmaningar. En var att luftdensiteten förändras med tryckförändringar, vilket kräver komplexa beräkningar för att modellera luftflödet genom skummet.

Att skapa en teoretisk modell som exakt förutsäger luftflödet och skummets reaktion var en av de viktigaste delarna av detta forskningsprojekt. Först när detta var gjort kunde en design med förutsägbar skumfluidik byggas.

Tillämpningar

Eftersom skumfluidik inte är beroende av elektronik och batterier kan den vara mycket lättare än konventionella robotlösningar. Detta är utmärkt för att integrera den i tyger och kläder. Dess förmåga att böja och röra sig utan att skada eller öka tygets styvhet hjälper också.

Exosuits

En första tillämpning kan vara att hjälpa personer med begränsad rörlighet på grund av funktionshinder eller skador. Det finns redan en växande marknad för exoskelett baserade på ”klassisk robotik” för att hjälpa i sådana fall, något vi diskuterade i Självständighet och rörlighet genom robotik – Hur exosuits kan hjälpa personer med Parkinsons sjukdom.

Samma teknik kan även hjälpa till att minska skador vid arbete som kräver lyftning av tunga laster, som i lager, fabriker eller militären.

Vi kan lätt föreställa oss hur skumfluidikbaserad robotik kan integreras i sådana exosuits eller till och med ersättas helt som en del av skräddarsydda byxor, skjortor osv., eftersom de är enklare att bära och mer diskreta.

VR / Haptisk teknik

Haptiska system skapar en känsla av beröring som svar på en stimulans. Ett tag har detta varit nästa gräns för virtuell verklighet och andra simuleringssystem.

Skumfluidik kan hjälpa till att skapa nya typer av haptiska sensorer, som exempelvis upptäcker rörelse och omvandlar den till ett meddelande på en beröringssensor. Detta kan exempelvis användas för att skapa mer exakta digitala repliker av rörelse i simuleringar som används för att utbilda läkare, räddningspersonal eller annan yrkesutbildning.

Källa: Rice University

Investera i mjukrobotik

Mjukrobotik kommer sannolikt att bli en växande del av den expanderande robotmarknaden, eftersom robotar successivt lämnar fabriksgolven för att hjälpa till med patientvård på sjukhus, flytta varor i lager eller plocka frukt i fält och fruktträdgårdar.

Du kan investera i robotrelaterade företag via många mäklare, och du kan här, på securities.io, hitta våra rekommendationer för de bästa mäklarna i USA, Kanada, Australien, Storbritannien, såväl som många andra länder.

Om du inte är intresserad av att välja specifika robotföretag kan du också titta på robot-ETF:er som GlobalX Robotics & Artificial Intelligence ETF (BOTZ), iShares Automation & Robotics UCITS ETF (RBOT), eller Global Robotics & Automation Index ETF (ROBO), vilka ger en mer diversifierad exponering för att dra nytta av den växande robotindustrin.

Mjukrobotikföretag

1. Ekso BIONICS

Ekso BIONICS är en ledare inom exoskelettteknik. Företaget lanserade det första kommersiella medicinska rehabiliteringsexoskelettet år 2012. Sedan dess har det fått godkännande för sina ABI- och EVO-dräkter.

Även om det expanderar inom arbets-/tungt belastningssegmentet är företaget fortfarande mest fokuserat på terapier och medicinsk rörlighet.

Företagets intäkter har vuxit snabbt (+38 % år‑till‑år 2023).

Källa: Ekso

Det förvärvade nyligen Human Motion and Control (HMC) Business Unit från Parker Hannifin Corporation för att lägga till sina drivna exoskelett för personer med förlamning i sitt erbjudande.

Detta kan indikera att Ekso har god potential att bli en återkommande förvärvare inom exoskelettsektorn, och växa sitt erbjudande genom en blandning av intern FoU och strategiska förvärv.

Det gör också företaget till en bra kandidat för att anta mjukrobotik och skumfluidik i sina framtida designer, samtidigt som det utnyttjar sin tidiga närvaro på de medicinska och arbets‑exoskelettmarknaderna.

2. Soft Robotics

Detta företag är privat noterat och år 2018 ingick ABB Technological Ventures ett partnerskap med Soft Robotics för att påskynda utvecklingen av mikrofluidisk beräkning och mjuk gripare för robotar.

Eftersom Soft Robotics fokuserar på att utveckla mGripAI, en robot med ett mjukt grepp för livsmedelsindustrin, kombinerat med full 3D‑vision och AI‑system samt använder ABB:s IRB360 FlexPicker-grippsystem.

Källa: Soft Robotics

Företagets tillvägagångssätt kan potentiellt även integrera skumfluidik, med tanke på dess erfarenhet av att tillämpa mikrofluidisk teknik i verkliga applikationer.

Du kan också se mGripAI i aktion i den här videon.

För närvarande är huvudapplikationen för mjuka aktuatorer och grepp i industriella processer, särskilt inom livsmedelsindustrin.

I framtiden bör framsteg inom AI, maskinseende, batteriteknik och mjukrobotik möjliggöra skapandet av robotar som kan assistera sjuksköterskor, butiksägare, städpersonal och andra uppgifter som för närvarande är beroende av nästan 100 % mänsklig arbetskraft.