Sono le Ceramiche la Chiave per Ampliare i Sensi nella Robotica Morbida per Includere il Tatto e la Temperatura?

Che tu lo voglia o no, il tuo prossimo collega di lavoro potrebbe essere un robot. Oggi, sempre più persone lavorano accanto a macchine autonome. Questi dispositivi sono ideali per completare compiti che vanno dallo smistamento degli oggetti all’esecuzione di interventi chirurgici. Di conseguenza, c’è una forte domanda di ampliare la gamma di sensi, consentendo a questi dispositivi di comprendere meglio il loro ambiente.

I robot che possono sentire e manipolare oggetti come una mano umana sono in arrivo. Recentemente, un gruppo di ingegneri dell’Empa ha portato il concetto di robot che possono sentire un passo più avanti. Ecco tutto ciò che devi sapere su come le ceramiche possano essere la chiave per creare robot che possono sentire la temperatura, il tatto, la pressione e altro.

Studio sulle Ceramiche Intelligenti

Lo studio “Sensor-Embedded Muscle for Closed-Loop Controllable Actuation in Proprioceptive Biohybrid Robots,”¹ pubblicato su Advanced Intelligent Systems, descrive come gli ingegneri abbiano utilizzato ceramiche avanzate per creare componenti robotici che potessero sentire. Nell’articolo, gli ingegneri esaminano in profondità la creazione di dispositivi artificiali che sfruttano impulsi elettrici e sensori integratiettamente nella superficie del robot.

Source – Advanced Intelligent Systems

Ceramiche Morbide

Per comprendere il progetto, è necessario riconoscere che le ceramiche esistono in molte forme diverse. Mentre potresti pensare a decorazioni o articoli da cucina, ci sono anche ceramiche ad alte prestazioni. Queste unità conducono l’elettricità e forniscono una struttura solida per molti dispositivi elettronici oggi. Notabilmente, i ricercatori hanno iniziato i loro sforzi sperimentando con diverse ceramiche per registrare il loro comportamento e le loro capacità.

Durante i test, il team ha descritto come abbiano preso questo materiale e lo abbiano suddiviso in particelle minuscole. Le particelle sono state quindi incorporate in una matrice termoplastica. Interessantemente, una stampante 3D professionale è stata utilizzata per garantire che il processo di incorporazione fosse completato con precisione. Quindi, la plastica estensibile è stata manipolata, consentendo agli ingegneri di registrare il comportamento del materiale in una varietà di elasticità e posizioni diverse.

Test delle Ceramiche ad Alte Prestazioni

I materiali dei sensori morbidi sono stati testati per vedere se potevano registrare la temperatura, la deformazione, la pressione o l’umidità. Questi dispositivi sono stati in grado di registrare i diversi sensi utilizzando impulsi elettrici. Da lì, il team ha preso la matrice di campo ceramica e l’ha utilizzata per creare una mano prostetica.

Mano Prostetica

La mano prostetica è stata quindi utilizzata per testare l’accuratezza e la sensibilità dei sensori morbidi. Acutamente, i sensori utilizzati nella mano sono stati creati per registrare il calore e la pressione. Inoltre, il materiale poteva rilevare la sua posizione relativa ad altre parti della mano. Lo studio ha concluso che il team ha avuto successo nel creare una mano che poteva sentire la pressione applicata e persino reagire quando toccava un’altra persona.

Pelle del Robot

Il passo successivo per i ricercatori è stato quello di tentare di creare la pelle del robot. Il team ha iniziato creando una matrice ceramica multistrato. La matrice è stata riempita con particelle ceramiche con un’impostazione stratificata speciale per monitorare il tatto e i cambiamenti di temperatura. Questa pelle robotica è stata progettata per sembrare e sentirsi come la pelle umana, rendendola una scelta intelligente per i robot che lavorano vicino agli esseri umani. Da lì, il team ha iniziato a lavorare sulla creazione di un modello di intelligenza artificiale.

Protesi Intelligente

Un modello di intelligenza artificiale controlla le reazioni della mano in base all’ambiente e alle condizioni. In particolare, il modello di intelligenza artificiale è stato addestrato utilizzando 4500 misurazioni e movimenti muscolari. Questo addestramento è stato condotto con ingegneri dell’ETH di Zurigo e dell’Università di Tokyo. La protesi utilizza sensori piezoresistivi integrati nei tessuti, consentendo al dispositivo di generare energia dal movimento, eliminando la necessità di batterie.

Risultati

I risultati dello studio dimostrano esattamente come potrebbe essere sviluppato un robot che abbia la capacità di lavorare accanto agli esseri umani in sicurezza. Questi dispositivi potrebbero riconoscere quando si scontrano con una persona e persino ritirarsi, prevenendo lesioni. Inoltre, il sistema di intelligenza artificiale impara costantemente da ogni interazione, rendendolo il primo robot bioibrido propriocettivo che può sentire.

Applicazioni Potenziali

Ci sono molte applicazioni per questa tecnologia. Accoppiare sistemi di intelligenza artificiale avanzati con robot che possono sentire porterà allo sviluppo di macchine più sicure. Queste unità saranno in grado di completare compiti che un tempo erano possibili solo per gli esseri umani. Inoltre, saranno più versatili, poiché possono percepire il loro ambiente e adattare le loro azioni in base alle condizioni.

Robotica Morbida

I robot morbidi sono dispositivi che utilizzano materiali morbidi invece dei metodi tradizionali. I robot morbidi esistono in molte forme. Ad esempio, i robot di sorting devono raccogliere frutta e altri prodotti sensibili e spostarli senza causare danni. Questi dispositivi sono pronti a vedere un importante aggiornamento con l’introduzione della pelle sensibile e altre modifiche che consentono loro di funzionare come mani umane.

I robot morbidi hanno suscitato interesse recentemente per diverse ragioni. Possono urtare contro di te e non farti del male. Inoltre, questi dispositivi possono spesso cambiare forma per attraversare terreni difficili. Questo sviluppo garantirà che i robot morbidi possano presto sentire la temperatura e la pressione.

Sanità

Diverse aziende si specializzano in chirurghi robotici. Questi dispositivi operano utilizzando la precisione e i sensori ottici per aiutare a guidare l’unità. L’introduzione di sensori di pressione e temperatura consentirebbe a questi robot di eseguire interventi chirurgici più intricati restando in sintonia con le condizioni del paziente.

Notabilmente, le protesi intelligenti potrebbero aiutare milioni di pazienti a godere di una migliore qualità della vita. Questi articoli di prossima generazione potrebbero incorporare più sensi, fornendo al paziente un’esperienza naturale. Inoltre, quando si accoppia questa tecnologia con recenti innovazioni nei controlli del cervello, potresti vedere il giorno in cui le protesi di sostituzione dei pazienti sono più capaci delle originali.

Ricerca e Salvataggio

I robot morbidi hanno trovato uno scopo speciale nel settore della ricerca e del salvataggio. Questi dispositivi possono attraversare ambienti difficili che sono spesso impossibili per gli esseri umani. Possono essere fatti per avvolgersi come serpenti o essere plasmati come insetti minuscoli. Impressionantemente, questi dispositivi sono già stati utilizzati in aree di disastro dove hanno aiutato a salvare vite.

In futuro, questo dispositivo potrebbe localizzare le persone in difficoltà e persino eseguire scansioni di routine dei loro parametri vitali, fornendo ai soccorritori dati importanti sulle condizioni del paziente. Inoltre, questi robot potrebbero essere utilizzati per valutare il miglior percorso per recuperare la persona ferita, poiché il dispositivo potrebbe avvisare i soccorritori dei pericoli come il calore o i prodotti chimici.

Agricoltura

I contadini di tutto il mondo stanno costantemente cercando modi facili per migliorare l’efficienza. Poiché la popolazione mondiale aumenta, i contadini continuano a innovare per soddisfare la crescente domanda. La robotica morbida può aiutarli a preparare, piantare, raccogliere e controllare la qualità del loro cibo. Questi dispositivi possono integrare sistemi di intelligenza artificiale per migliorare ulteriormente le loro capacità, consentendo loro di determinare con alta precisione se un frutto è maturo o marcito.

Ricercatori

Il Laboratorio per le Ceramiche ad Alte Prestazioni dell’Empa ha guidato lo studio. Il team ha lavorato con l’Università di Cambridge per sviluppare il membro prostetico alimentato da intelligenza artificiale. Ora il team cerca di ampliare i suoi sforzi e creare robot più avanzati, nonché espandere le capacità del modello di intelligenza artificiale.

Aziende che Potrebbero Trarre Beneficio da questa Ricerca

L’industria dei robot è in ascesa. Di conseguenza, puoi aspettarti di vedere più unità prodotte nelle prossime settimane. I robot riducono i rischi e le spese e migliorano la qualità. Pertanto, più aziende vogliono integrarli. Ecco un’azienda che è ideale per trarre il massimo beneficio da questa ricerca nei prossimi mesi.

Zebra Technologies

Zebra Technologies (ZBRA ) è entrata nel mercato nel 1969, originariamente come Data Specialties Incorporated. I fondatori dell’azienda, Ed Kaplan e Gerhard Cless, volevano creare un’azienda di software e hardware che potesse migliorare l’esperienza dell’utente e offrire soluzioni innovative. Sono riusciti a pionierare molte tecnologie, tra cui essere la prima azienda a offrire uno scanner di codici a barre.

Nel 1986, l’azienda ha cambiato nome in Zebra Technologies. Oggi, è un fornitore popolare di robot, servizi e soluzioni software. In particolare, il fetch100 Roller e il Fetch100 Shelf possono navigare nelle strutture di produzione e ordinare e consegnare contenitori in modo autonomo. Il robot è già in uso a livello globale e ha ricevuto recensioni positive.

Zebra Technologies è un’aggiunta intelligente al tuo portafoglio per diverse ragioni. Innanzitutto, l’azienda è in crescita costante da molto tempo. Ha ottenuto un posto nella rivista Forbes del 2002 tra le “200 migliori piccole aziende americane” insieme ad altri riconoscimenti.

Le azioni dell’azienda, ZBRA, hanno visto una crescita considerevole e costante nel corso dell’anno. Ha un capitale di 19,808 miliardi di dollari e il suo rapporto P/E (TTM) è di 51,82. Questa crescita è stata causata da una combinazione di nuovi prodotti rilasciati dall’azienda e delle sue incursioni nel settore dei robot e dei sistemi di intelligenza artificiale.

Ceramiche nella Robotica

L’uso di ceramiche ad alte prestazioni nella robotica è pronto a cambiare il mercato in futuro. Questo studio mostra che i robot possono essere configurati per sentire in modo simile agli esseri umani, consentendo loro di lavorare accanto alle persone con meno rischi e aumentare la produttività. Pertanto, dovresti prepararti a lavorare con un collega di lavoro robotico nel futuro.

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Riferimento allo Studio:

^{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}