Maaaring Gawing Mas Ligtas ang Robotics sa Pamamagitan ng 3D Printing at Biomimetics

Isang pag-aaral na inilathala sa Advanced Intelligent Systems ngayong buwan ang nagpakilala ng bagong anyo ng robotic actuator na gumagamit ng biomimetics upang lumikha ng galaw na katulad ng kung paano gumagana ang iyong mga kalamnan. Ang mga malambot na actuator na ito ay nagbibigay-daan sa mga inhinyero na gumawa ng mga nababaluktot na aparato na kayang magsagawa ng natatanging mga gawain tulad ng pagyuko o pagbabago ng hugis. Narito ang mga dapat mong malaman.

Malambot na Robotics

Ang mga malambot o ‘non-compliant’ na robot ay isang lumalawak na larangan na may walang limitasyong potensyal. Ang mga aparatong ito ay maaaring mag-shift at mag-fold upang magkasya sa masikip na puwang, sa paligid ng mga sulok, at sa iba pang sitwasyon kung saan mabibigo ang matigas na aparato. Dahil dito, ang merkado ng malambot na robotics ay patuloy na lumalago, na may mga analyst na nagtatantiya ng 55.4% CAGR hanggang 2029.

Mga Problema sa Tradisyonal na Actuators

Isang salik na patuloy na humahadlang sa paglago ng sektor ng malambot na robotics ay ang kasalukuyang pagpipilian ng mga actuator. Ang bawat actuator ay nagbibigay ng karagdagang vector ng galaw para sa yunit. Gayunpaman, ang mga aparatong ito ay lumilikha ng matitigas na punto sa buong non-compliant na estruktura ng robot. Ang mga matitigas na puntong ito ay pumipigil sa tunay na kalayaan ng paggalaw.
Dagdag pa rito, kailangan ng isa pang actuator para sa bawat saklaw ng paggalaw. Dahil dito, maaari nilang dagdagan ang bigat at gastos ng mga aparatong ito. Ang mas mabibigat na robot ay gumagamit ng mas maraming enerhiya, na nagiging dahilan upang maging mas hindi kapaki-pakinabang, epektibo, at produktibo.

Paggamit ng Biomimetics upang Lumikha ng Mas Mahusay na Actuator

Ang pag-aaral ay sumisid sa isang bagong anyo ng malambot na actuator na mas kahawig ng kalamnan ng tao dahil ito ay nag-uunat at nagkokontrata nang sabay. Ang kombinasyong ito ay lumilikha ng mas malaking puwersa at nagpapahintulot sa iyong katawan na ilipat ang puwersang iyon nang mas epektibo. Hanggang ngayon, ang mga inhinyero ng robot ay pangunahing nakatuon sa mga actuator na maaaring magpalawak at magkontrata, na kaunti lamang ang pag-aalala sa kanilang katigasan sa proseso. pag-aaral

Pinagmulan – Advanced Intelligent Systems

Mga Mananaliksik

Ang mga mananaliksik mula sa Northwestern at McCormick School of Engineering ay nagsama-sama upang tuklasin ang mga posibilidad ng isang bagong uri ng biomimetic actuator. Ang pag-aaral ay pinamunuan ni Taekyoung Kim. Nakatulong sa kanya sina Pranav Karthik, Ryan Truby, at Junior Professor ng Materials Science and Engineering at Mechanical Engineering sa McCormick School of Engineering, si Donald Brewer. Sama-sama, nilikha ng makabagong pangkat na ito ang isang bagong proseso ng paggawa at mga gumaganang prototype at nagsagawa ng masusing pananaliksik sa kanilang bagong biomimetic actuator.

Isang Bagong Estilo ng Actuator

Ang unang hakbang na ginawa ng koponan ay i-3D print ang katawan ng kanilang yunit. Kailangan ng mga mananaliksik na makahanap ng estruktura na maaaring yumuko at umikot ngunit kayang tiisin ang presyon kapag kinakailangan. Partikular, ang disenyo ay may mga bellows na awtomatikong nag-warp sa pamamagitan ng torsional buckling sa pagtaas ng torque. Ang galaw na ito ay lumilikha ng helical na hugis na maaaring maglipat ng torsional load nang epektibo.

Mas Angkop na Materyal para sa Gawain

Naisip nila agad na ang karaniwang mga materyales ng actuator para sa 3D printing ay hindi magiging sapat na flexible para tapusin ang gawain. Matapos ang maraming pag-iisip, napagpasyahan na gumamit ng thermoplastic polyurethane para sa kanilang aparato. Ang materyal na ito ay matatagpuan sa maraming bagay na iyong ginagamit araw-araw. Ito ang rubbery na materyal na ginagamit ng iyong case ng cellphone at iba pang mga gamit upang maprotektahan. Kapansin-pansin, ang materyal na ito ay nababalahibo at kayang tiisin ang torsional torque kung kinakailangan.

Isang Motor

Isa sa pinakamalaking pagbabago sa tradisyonal na mga actuator na ginawa ng mga mananaliksik ay ang pag-alis ng pangangailangan para sa maraming motor. Ang kanilang aparato ay maaaring bumuo ng maraming hugis at tumungo sa iba’t ibang direksyon sa pamamagitan lamang ng pag-ikot ng isang motor na nagiging sanhi ng pag-extend at pagkontrata ng aparato.

Natanging Paggalaw

Ang disenyo na may iisang motor ay nagbibigay sa mga robot na ito ng pinakamataas na flexibility. Maaari itong magpalawak at umikot upang matugunan ang pangangailangan ng kapaligiran at layunin nito. Gayundin, ang disenyo na may iisang motor ay nagpapababa ng gastos at maaaring pasimplehin ang disenyo ng mga susunod na aparato.

Robot Crawler

Ang unang aparato na nilikha ng koponan ay isang 26-sentimetro ang haba na robot crawler. Ang yunit na ito ay maaaring mag-extend at yumuko depende sa torque na inilalagay ng servo. Ang robot ay kayang gumalaw tulad ng isang bulate sa pamamagitan ng paglikha ng paghatak na nagpapahintulot nitong mag-navigate sa kumplikadong kapaligiran sa bilis na 32 sentimetro kada minuto.

Sinubukan ng koponan ang kanilang crawler sa isang pampublikong video. Makikita ang yunit na naglalakbay sa isang kumplikadong tubo na nangangailangan ng robot na magsagawa ng masikip na pagliko upang makarating sa kalayaan. Ang aparato ay madaling nakalibot sa masikip na paikot-ikot na kurba nang matagumpay.

Ang mga resulta ng pagsubok sa crawler ay positibo. Ang robot ay kayang mag-elongate ng 45% na nagbibigay-daan dito na maging mahaba at manipis kapag kinakailangan. Dagdag pa, napansin ng koponan na ang yunit ay may maximum na blocked pushing force na humigit-kumulang 8 N.

Artipisyal na Biseps

Ang susunod na prototype na ipinakita ng koponan ay isang robotic bicep. Ang aparatong ito ay nag-integrate ng 6-axis load cell, linear guide, at isang servo upang lumikha ng torque at galaw na katulad ng biseps ng tao.

Ang aparato ay gawa sa parehong rubber material tulad ng malambot na shaft. Ang disenyo ay nagbibigay ng nonlinear, viscoelastic na tugon. Ang mga aksyong ito ay nagreresulta sa hysteresis force-displacement response, na nagpapahintulot sa aparato na iikot ang mga bagay tulad ng braso ng tao.

Sinubukan ng mga inhinyero ang kanilang robotic biseps upang makita ang kakayahan nito. Ang yunit ay matagumpay na nagbuhat ng 500g na bigat ng 5,000 beses nang walang pagkabigo. Ipinapakita ng mga resulta ang pag-uulit at bisa ng bagong lapit sa paggalaw ng robot.

Pagsubok

Ang yugto ng pagsubok ay nagbigay ng mahalagang feedback sa mga mananaliksik na maghahanap na pahusayin ang kanilang mga susunod na disenyo gamit ang datos na ito. Ang mga inhinyero ay masigasig na kinuhanan ng mahahalagang impormasyon kabilang ang actuator torque, pushing at pulling pressure, tensile strength, at iba pang mahahalagang stress test na makakatulong matukoy ang pinakamataas na kakayahan ng bagong setup.

Mga Benepisyo

Ang pag-aaral ng mga mananaliksik ay maaaring magkaroon ng malalakas na epekto sa merkado. Ang larangan ng malambot na robotics ay patuloy na lumalawak at habang mas marami pang mga aparatong ito ang pumapasok sa produksyon, ang mga benepisyo nito ay nagiging mas malinaw. Narito ang ilan lamang sa mga paraan kung paano makakatulong ang pananaliksik na ito na itulak pasulong ang merkado ng malambot na robotics.

Gawing Mas Ligtas ang mga Robot

Isa sa mga pangunahing dahilan kung bakit itinataguyod ang paggawa ng malambot na robot ay dahil mas ligtas silang gamitin. Kapag mas maraming tagagawa ang naglalayong isama ang robotics sa kanilang workforce, mas magiging karaniwan ang pagtatrabaho ng tao at robot nang magkatabi. Ang malambot na robot ay mas mahusay na katulong sa trabaho sa karamihan ng mga senaryo dahil sa maraming kadahilanan.

Una, mas mababa ang posibilidad na makasakit sila sa iyo kung mabangga mo sila. Ang pagbangga sa isang metal na tubo ay masakit na. Ang sakit ay maaaring lumala kung ang metal na aparato ay gumagalaw at tumama sa iyo. Ang malambot na robot ay makakatulong na alisin ang mga minor na pinsala dulot ng magagaan na bangga at banggaan.

Ang malambot na robot ay maaaring magtrabaho sa mga kapaligiran kung saan itinuturing na masyadong mapanganib ang tradisyonal na robot. Halimbawa, maaari silang makatulong sa pagpapalaki ng hayop sa hinaharap. Sa ngayon, ang mga aparatong ito ay mas angkop para sa mga kapaligirang nakasentro sa tao kumpara sa tradisyonal na matitigas na robot.

Mababang Gastos

Isa sa pinakamalaking benepisyo ng pag-aaral ay ang pagtitipid. Ang paggawa ng mga robotic server at matitigas na robot ay isang magastos na gawain na naglimita nito sa karamihan ng mga high-end na malalaking tagagawa sa loob ng mga dekada. Ang mga kamakailang breakthrough ay nakatulong upang pantayin ang larangan para sa mas maliliit na operasyon.
Ang pinakabagong pag-unlad na ito ay higit pang nagpapababa ng gastos. Ayon sa dokumentasyon ng mga mananaliksik, ang mga robot prototype na kanilang ginamit ay nagkakahalaga lamang ng $3 sa mga materyales, hindi kasama ang servo. Ang murang alternatibong ito ay nagbubukas ng pinto para sa mas maraming integrasyon dahil maraming gawain na maaaring gawin ng mga robot ngunit ang mga limitasyon sa gastos ay naglilimita sa kanilang paggamit hanggang ngayon. Sa lalong madaling panahon, ang mababang-gastos na malambot na robotics ay maaaring makita na tumutulong sa iyong pang-araw-araw na buhay.

Gumamit ng Karaniwang 3D Printers.

Isa pang breakthrough ay ang pagpapakilala ng biomimetic actuator na kaaya-aya sa 3D printer. Ang kakayahang gumawa ng mga aparatong ito gamit ang karaniwang 3D printer ay nangangahulugang sinuman ay maaaring isama ang mga resulta ng pag-aaral ng mga mananaliksik at lumikha ng mga bago at makabagong disenyo ng malambot na robot.

Naka-integrate

Ipinagmamalaki ng mga mananaliksik na ang kanilang bagong actuator ay maaaring walang putol na maisama sa mga disenyo ng robot ngayon. Ang hakbang na ito ay makakatulong upang itulak ang pag-aampon at pasimplehin ang inobasyon. Nakakatulong din ito sa mga developer na makakuha ng agarang feedback sa kanilang pananaliksik habang mas maraming inhinyero ang gumagamit ng kanilang estratehiya.

Kasalukuyang Mga Nangungunang Manlalaro sa Merkado

Ang merkado ng malambot na robotics ay may matinding kompetisyon sa pagitan ng mga nangungunang manlalaro. Isang kamakailang pag-aaral ang natuklasan na limang nangungunang tagagawa lamang ang kumokontrol sa 40% ng merkado ng malambot na robotics. Ang parehong pag-aaral ay natuklasan na ang Hilagang Amerika ang nangunguna sa karera pagdating sa pag-aampon. Ilan sa mga nangungunang tagagawa ay kinabibilangan ng Parker Hannifin, SRT, Myomo, Bionik Laboratories, at Panasonic.

1. Cyberdyne

Ang Cyberdyne ay isang kumpanya ng teknolohiyang cybernetics na naglalayong pagsamahin ang AI, robotics, at mga information system upang lumikha ng bagong antas ng kahusayan at kakayahan. Ang kumpanya ay isang pioneer sa merkado ng cybernetics at kinikilala bilang isa sa mga nangungunang mananaliksik at tagagawa ng mga malambot na robotic device.
Ang Cyberdyne ay nakakita ng kahanga-hangang paglago. Ang kumpanya ay nakita ang pagtaas ng kita ng +52% mula ¥2.15 bilyon hanggang ¥3.29 bilyon sa isang taon. Maraming bahagi ng paglago na ito ay maaaring i-attribute sa matagumpay na mga venture sa sektor ng medikal na kagamitan.

2. Soft Robotics

Ang Soft Robotics ay isa pang pangunahing manlalaro sa sektor. Ang kumpanyang ito ay dalubhasa sa awtomatikong paggawa at mga gawaing pang-agrikultura. Ang kanilang mga aparato ay nag-iintegrate ng advanced na visual inspection solutions at AI algorithms upang matiyak na ang kanilang aparato ay maaaring pumili, mag-uri, at matukoy ang mga item nang may katumpakan.
Nagpapakilala ang Soft Robotics ng soft grip hand na gumagamit ng 3D vision at AI upang maisakatuparan ang mga kumplikadong gawain na dati ay posible lamang sa tao. Ang mga aparatong ito ay nagbibigay kapangyarihan sa mga magsasaka sa pamamagitan ng mabilis na pag-pick, pag-uri, at pag-packaging. Kapansin-pansin, ang Soft Robotics ay isang mahusay na halimbawa kung paano mapapabuti ng malambot na robot ang produktibidad.

3. Ekso Bionics Holdings

Ang Ekso Bionics Holdings ay isang pandaigdigang lider sa teknolohiyang exoskeleton. Ang teknolohiya ng kumpanya ay nagsisilbi sa maraming papel na sumasaklaw sa parehong healthcare at manufacturing. Sa kasalukuyan, nag-aalok sila ng iba’t ibang exoskeleton na partikular na ginagamit para sa rehabilitasyon, therapy, at pagtulong sa mga may problema sa paggalaw na gumaling.
Nag-aalok ang Ekso ng parehong upper torso at lower body exoskeleton. Ang mga aparatong ito ay nagpapahintulot sa suot na makapaglakbay nang mas malayo, magbuhat ng mas marami, at humawak ng mas maraming strain nang walang pagkapagod. Ang posisyon ng kumpanya at mga pioneering na produkto ay nakatulong upang makamit nito ang malaking pagtaas ng kita mula 2022.

Mga Kumpanya na Maaaring Makikinabang mula sa Biomimetic Actuator

Maraming kumpanya ang maaaring gumamit ng pag-aaral ng mga mananaliksik at pagbutihin ang kanilang kasalukuyang alok. Ang mga kumpanyang ito ay aktibo na sa merkado at nag-aalok ng mga produkto na maaaring mapabuti ng teknolohiyang ito sa pamamagitan ng mas mataas na kahusayan, mas mababang overhead, o mas magagandang alok.

ReWalk Robotics

Ang ReWalk ay isang tagapagbigay ng bionic walking systems. Ang kumpanya ay nakatulong sa libu-libong tao na maibalik ang kanilang kakayahang gumalaw dahil sa kanilang makabagong lapit at pokus. Ang ReWalk Robotics ay naglalayong tulungan ang mga paraplegic na maibalik ang kontrol sa kanilang buhay gamit ang kanilang natatanging produkto.

Ang ReWAlk bionic walking assistant ay may mga servo-powered leg straps, isang baterya sa backpack, at isang remote na nakalagay sa pulso. Ang aparatong ito ay maaaring i-setup upang gumalaw kapag pinapagana o awtomatikong matukoy ang galaw. Sa mode na ito, ang sistema ay maaaring mapahusay ang mga galaw ng suot na may kaunting pagsisikap.

May consensus rating ang Rewalk Robotics na “buy” dahil sa posisyon nito sa merkado. Ang kumpanya ay patuloy na nag-iinnovate sa pamamagitan ng mga natatanging disenyo at produkto. Ang pagpapakilala ng karagdagang teknolohiya, tulad ng AI at biomimetic actuators, ay maaaring lubos na magpababa ng gastos ng kanilang mga yunit sa hinaharap.

RightHand Robotics

Ang RightHand Robotics ay isa pang tagagawa ng malambot na robot. Ang kumpanya ay matatagpuan sa Boston at nag-aalok ng seleksyon ng mga produkto na dinisenyo upang magbigay ng epektibong picking solutions sa merkado. Ang kumpanya ay naglalayong bigyan ng kapangyarihan ang mga retailer na magsagawa ng pinasimpleng online commerce sa tulong ng kanilang mga robot sorting option.
Kapansin-pansin, nakatanggap ang RightHand Robotics ng maraming parangal para sa kanilang mga pagsisikap. Ang kumpanya ay nakalista bilang Robotics Company of the Year sa New England Venture Capital Association (NEVY) Awards para sa kanilang trabaho sa larangan.

Ang Biomimetics ay Gagawing Mas Madali ang Buhay para sa Lahat.

Sa hinaharap, maraming posisyon ang hahawakan ng mga robot. Ang malambot na robot ay tutulong sa pag-usad ng integrasyong ito dahil ang mga aparatong ito ay mas angkop na magtrabaho kasabay ng tao kaysa sa tradisyonal na mga yunit. Sa ngayon, ang pananaliksik na isinagawa ng mga inhinyerong ito ay maaaring makatulong na gawing mas abot-kayang mga opsyon ang mga robot mula sa pagiging bihira. Dahil dito, makatuwiran na subaybayan ang mga pag-unlad na ito habang nagaganap. Alamin ang iba pang mga cool na proyekto ngayon