הדפסת תלת מימד יכולה להפוך את הרובוטיקה לבטוחה יותר באמצעות ביומימטיקה

מחקר שפורסם ב-Advanced Intelligent Systems החודש מציג צורה חדשה של מפעיל רובוטי המשתמש בביומימטיקה כדי ליצור תנועה בדומה לאופן שבו השרירים שלך עובדים. מפעילים רכים אלו מאפשרים למהנדסים לייצר מכשירים גמישים שיכולים לבצע משימות ייחודיות כמו כיפוף או שינוי צורות. הנה מה שאתה צריך לדעת.

רובוטיקה רכה

רובוטים רכים או 'לא תואמים' הם תחום צומח שיש לו פוטנציאל בלתי מוגבל. מכשירים אלה יכולים להזיז ולהתקפל כדי להשתלב בחריצים הדוקים, מסביב לפינות ולתרחישים אחרים שבהם מכשיר קשיח ייכשל. ככזה, שוק הרובוטיקה הרכה נמצא במגמת עלייה, כאשר אנליסטים צופים 55.4% CAGR עד 2029.

בעיות עם מפעילים מסורתיים

גורם אחד שממשיך להגביל את הצמיחה של מגזר הרובוטיקה הרכה הוא הבחירה הנוכחית של מפעילים. כל מפעיל מאפשר וקטור תנועה נוסף עבור היחידה. עם זאת, מכשירים אלה יוצרים נקודות קשות לאורך מבנים רובוטיים שאינם תואמים. נקודות קשות אלו מונעות חופש תנועה אמיתי.

בנוסף, נדרש מפעיל נוסף עבור כל טווח תנועה. ככאלה, הם יכולים להוסיף למשקל ולעלות של מכשירים אלה. רובוטים כבדים יותר צורכים יותר אנרגיה, מה שהופך אותם לפחות שימושיים, יעילים ופרודוקטיביים.

שימוש בביומימטיקה ליצירת מפעיל טוב יותר

השמיים ללמוד מתעמק בצורה חדשה של מפעיל רך הדומה יותר לשרירים אנושיים בכך שהוא נמתח ומתכווץ בו זמנית. שילוב זה יוצר יותר כוח ומאפשר לגוף שלך להעביר את הכוח הזה בצורה יעילה יותר. עד כה, מהנדסים רובוטיים התמקדו בעיקר במפעילים שיכולים להתרחב ולהתכווץ, עם מעט דאגות לגבי הנוקשות שלהם במהלך התהליך.

מקור – מערכות אינטליגנטיות מתקדמות

חוקרים

חוקרים מבית הספר להנדסה נורת'ווסטרן ומקקורמיק התאחדו כדי לחקור את האפשרויות של סוג חדש של מפעיל ביומימטי. את המחקר הוביל Taekyoung Kim. הוא נעזר בפראנב קרתיק, ריאן טרובי ופרופסור זוטר למדעי חומרים והנדסה והנדסת מכונות בבית הספר להנדסה מקורמיק, דונלד ברואר. יחד, הצוות החדשני הזה יצר תהליך ייצור חדש ואבות טיפוס עובדים וביצע מחקר מעמיק על המפעיל הביומימטי החדש שלהם.

סגנון חדש של מפעיל

הצעד הראשון שהצוות נקט היה להדפיס בתלת מימד את גוף היחידה שלהם. החוקרים היו צריכים למצוא מבנה שיוכל להתכופף ולהתפתל אך עדיין להתמודד עם לחץ בעת הצורך. באופן ספציפי, לעיצוב יש מפוחים שמתעוותים אוטומטית דרך התכווצות פיתול במומנטים גדלים. תמרון זה יוצר צורה סלילנית שיכולה להעביר עומס פיתול ביעילות.

חומר טוב יותר לתפקיד

הם הבינו בשלב מוקדם שחומרי ההפעלה הרגילים של הדפסת תלת מימד לא יהיו גמישים מספיק כדי להשלים את המשימה. לאחר התלבטויות רבות, הוחלט להשתמש בפוליאוריתן תרמופלסטי עבור המכשיר שלהם. החומר הזה נמצא בהרבה דברים שאתה משתמש בו כל יום. זה החומר הגומי הזה שבו נרתיק הטלפון הנייד שלך וחפצים אחרים משתמשים כדי להישאר מוגנים. יש לציין כי חומר זה ניתן למתיחה ויכול להתמודד עם מומנט פיתול במידת הצורך.

מנוע יחיד

אחד השינויים הגדולים ביותר במפעילים מסורתיים שהחוקרים ביצעו היה לבטל את הצורך במספר מנועים. המכשיר שלהם יכול ליצור שפע של צורות ולפנות למספר כיוונים פשוט על ידי סיבוב המנוע היחיד שגורם למכשיר להתארך ולהתכווץ.

תנועות ייחודיות

העיצוב בעל המנוע היחיד מספק לרובוטים אלה גמישות מרבית. הוא יכול להתרחב ולהתפתל כדי לענות על הצרכים של הסביבה והמטרות שלו. כמו כן, עיצוב המנוע היחיד מפחית עלויות ויכול לפשט את העיצוב של מכשירים עתידיים.

רובוט זוחל

המכשיר הראשון שהצוות יצר היה זוחל רובוט באורך 26 סנטימטר. יחידה זו יכולה להאריך ולהתכופף בהתאם למומנט המוצב עליה על ידי הסרוו. הרובוט מסוגל לנוע כמו תולעת על ידי יצירת תנועת משיכה המאפשרת לו לנווט בסביבות מורכבות במהירות של 32 סנטימטר לדקה.

הצוות העמיד את הסורק שלהם במבחן בסרטון פומבי. ניתן לראות את היחידה עושה את דרכה בצינור מורכב הדורש מהרובוט לבצע פניות הדוקות כדי לנווט אל החופש. המכשיר הצליח לעבור בקלות את העקומות המתפתלות הצפופות בהצלחה.

תוצאות בדיקת הסורק חזרו חיוביות. הרובוט מסוגל להתארך ב-45% מה שמאפשר לו להיות ארוך ודק בעת הצורך. בנוסף, הצוות ציין כי ליחידה יש ​​כוח דחיפה חסום מרבי של כ-8 N.

Bicep מלאכותי

אב הטיפוס הבא שהצוות הדגים היה דו-ראשי רובוטי. מכשיר זה שילב תא עומס בעל 6 צירים, מנחה ליניארי וסרוו בודד ליצירת מומנט ותנועה בדומה לדו-ראשי אנושי.

המכשיר עשוי מאותו חומר גומי כמו הפיר הרך. עיצוב זה מספק תגובות לא ליניאריות ויסקואלסטיות. פעולות אלו גורמות לתגובת תזוזה של כוח היסטרזיס, המאפשרת למכשיר לסלסל ​​פריטים כמו זרוע אנושית.

המהנדסים בדקו את הדו-ראשי הרובוטי שלהם כדי לראות את היכולות שלו. היחידה הרימה בהצלחה משקל של 500 גרם 5,000 פעמים ללא תקלה. תוצאות אלו מדגימות את יכולת החזרה והיעילות של הגישה החדשה לתנועות רובוטים.

מִבְחָן

שלב הבדיקה סיפק משוב רב ערך לחוקרים שיבקשו לשפר את העיצובים העתידיים שלהם באמצעות נתונים אלה. המהנדסים היו להוטים ללכוד מידע חיוני כולל מומנט מפעיל, לחץ דחיפה ומשיכה, חוזק מתיחה ומבחני מאמץ חיוניים אחרים שיכולים לעזור לקבוע את היכולות המקסימליות של ההתקנה החדשה.

הטבות

למחקר של החוקרים עשויות להיות כמה השפעות מהדהדות על השוק. תחום הרובוטיקה הרכה ממשיך להתרחב וככל שיותר מכשירים אלו נכנסים לייצור, היתרונות שלהם הופכים ברורים יותר. הנה רק כמה מהדרכים שבהן מחקר זה יכול לעזור להניע את שוק הרובוטיקה הרכה קדימה.

הפוך את הרובוטים לבטוחים יותר

אחת הסיבות העיקריות לכך שיש דחיפה ליצור רובוטים רכים היא שהם הרבה יותר בטוחים לעבודה. ככל שיצרנים יבקשו לשלב רובוטיקה בכוח העבודה שלהם, כך יהפוך נפוץ יותר שבני אדם ורובוטים יעבדו זה לצד זה. רובוטים רכים מהווים בן לוויה הרבה יותר טוב לעבודה ברוב התרחישים מסיבות רבות.

ראשית, סביר להניח שהם יגרמו לך נזק אם תתקלו בהם. להיתקל בצינור מתכת זה כואב מספיק. הכאב יכול להחריף אם מכשיר המתכת זז ופוגע בך. רובוטים רכים יעזרו לחסל פציעות קלות עקב מהמורות קלות והתנגשויות.

רובוטים רכים יכולים לעבוד בסביבות שבהן רובוטים מסורתיים ייחשבו מסוכנים מדי לשימוש. לדוגמה, הם יכולים לעזור בגידול בעלי חיים בעתיד. לעת עתה, מכשירים אלה מתאימים יותר לסביבות ממוקדות באדם בהשוואה לרובוטים קשים מסורתיים.

עלות נמוכה

אחד היתרונות הגדולים של המחקר הוא החיסכון. יצירת שרתים רובוטיים ורובוטים קשיחים היא משימה יקרה שהגבילה אותה ליצרנים גדולים מתקדמים בעיקר במשך עשרות שנים. פריצות דרך אחרונות עזרו ליישר את מגרש המשחקים עבור פעולות קטנות יותר.

הפיתוח האחרון הזה מוריד את העלויות עוד יותר. לפי התיעוד של החוקר, אבות הטיפוס של הרובוטים שבהם השתמשו עולים רק 3$ בחומרים, לא כולל הסרוו. האלטרנטיבה הזולה הזו פותחת את הדלת לאינטגרציה רבה יותר מכיוון שישנן משימות רבות שרובוטים יכולים לבצע אך מגבלות עלויות הגבילו את השימוש בהן עד כה. בקרוב, רובוטיקה רכה בעלות נמוכה תוכל לעזור בחיי היומיום שלך.

השתמש במדפסות תלת מימד רגילות.

פריצת דרך נוספת הייתה הצגתו של מפעיל ביומימטי ידידותי למדפסת תלת מימד. היכולת לייצר את המכשירים הללו באמצעות מדפסת תלת מימד מהמדפסת פירושה שכל אחד יכול לשלב את תוצאות המחקר של החוקר וליצור עיצובים רובוטיים רכים חדשים וחדשניים.

משולב

החוקרים גאים בכך שניתן לשלב את המפעיל החדש שלהם בצורה חלקה בעיצובים הרובוטיים של ימינו. צעד זה יעזור להניע את האימוץ ולייעל חדשנות. זה גם עוזר למפתחים לקבל משוב מיידי על המחקר שלהם ככל שיותר מהנדסים ממנפים את האסטרטגיה שלהם.

מובילי שוק נוכחיים

לשוק הרובוטיקה הרכה יש תחרות רצינית בין השחקנים המובילים. מחקר שנערך לאחרונה מצא שרק 5 יצרנים מובילים שולטים ב-40% משוק הרובוטיקה הרכה. אותו מחקר מצא שצפון אמריקה מובילה את המירוץ מבחינת אימוץ. כמה מהיצרנים המובילים כוללים את Parker Hannifin, SRT, Myomo, Bionik Laboratories ו- Panasonic.

1. סייברדין

Cyberdyne היא חברת טכנולוגיה קיברנטית המבקשת למזג AI, רובוטיקה ומערכות מידע כדי ליצור רמה חדשה של יעילות ויכולות. החברה היא חלוצה בשוק הסייברנטיקה ומוכרת כאחת החוקרים והיצרנים המובילים של מכשירים רובוטיים רכים.

Cyberdyne ראתה צמיחה מרשימה. החברה ראתה שההכנסות שלה גדלו ב-52% מ-2.15 מיליארד ¥ ל-3.29 מיליארד ¥ בשנה אחת. חלק ניכר מהצמיחה הזו ניתן לייחס למיזמים מוצלחים בתחום הציוד הרפואי.

2. רובוטיקה רכה

Soft Robotics היא שחקן מרכזי נוסף במגזר. משרד זה מתמחה בעבודות ייצור אוטומטיות ובמשימות חקלאות. המכשירים שלה משלבים פתרונות בדיקה חזותית מתקדמים ואלגוריתמי AI כדי להבטיח שהמכשיר שלהם יכול לבחור, למיין ולקבוע פריטים בדיוק.

Soft Robotics מציגה יד אחיזה רכה הממנפת ראיית תלת מימד ובינה מלאכותית כדי לבצע משימות מורכבות שבעבר היו אפשריות רק עם בני אדם. מכשירים אלה מחזקים את המגדלים עם יכולות קטיף, מיון ואריזה במהירות גבוהה. יש לציין ש- Soft Robotics היא דוגמה מצוינת לאופן שבו רובוטים רכים יכולים לשפר את הפרודוקטיביות.

3. אקסו ביוניקס אחזקות

Ekso Bionics Holdings, Inc. (EKSO -0.88%)

Ekso Bionics Holdings היא מובילה עולמית בטכנולוגיית שלד חיצוני. הטכנולוגיה של החברה משרתת תפקידים מרובים המתפרשים הן על שירותי הבריאות והן בתחום הייצור. כיום הם מציעים מגוון שלדים חיצוניים המשמשים במיוחד לשיקום, טיפול וסיוע לאלו עם בעיות ניידות לרפא.

Ekso מציעה גם פלג גוף עליון וגם שלדים חיצוניים לפלג הגוף התחתון. התקנים אלה מאפשרים ללובש לנסוע רחוק יותר, להרים יותר ולעמוד במאמץ רב יותר ללא תשישות. המיצוב והמוצרים החלוציים של החברה עזרו לה להשיג רווחים מסיביים בהכנסות מאז 2022.

חברות שיכולות להפיק תועלת מהמפעיל הביומימטי

חברות רבות יכלו להשתמש במחקר של החוקרים ולשפר את ההיצע הנוכחי שלהן. חברות אלו כבר פעילות בשוק ומציעות מוצרים שעשויים לראות שיפור מטכנולוגיה זו במונחים של יעילות רבה יותר, תקורה נמוכה יותר או הצעות טובות יותר.

ReWalk Robotics

ReWalk היא ספקית מערכות הליכה ביוניות. החברה סייעה לאלפי אנשים להחזיר את הניידות שלהם בזכות הגישה והמיקוד החדשניים שלה. ReWalk Robotics מבקשת לעזור למשותקים להחזיר את השליטה על חייהם באמצעות המוצרים הייחודיים שלהם.

עוזר ההליכה הביוני של ReWAlk כולל רצועות רגליים המופעלות על ידי סרוו, סוללת תיק גב ושלט מותקן בפרק כף היד. ניתן להגדיר מכשיר זה לזוז כאשר תתבקש או לזהות תנועה אוטומטית. במצב זה, המערכת יכולה לשפר את פעולות הלובש במינימום מאמץ.

ל-Rewalk Robotics יש דירוג קונצנזוס של "לִקְנוֹת" בשל מיצובו בשוק. החברה ממשיכה לדחוף את המעטפת עם העיצובים והמוצרים הייחודיים שלה. הכנסת טכנולוגיה נוספת, כמו בינה מלאכותית ומפעילים ביומימטיים, עשויה להוזיל מאוד את עלויות היחידות שלהם בעתיד.

רובוטיקה ימנית

Righthand Robotics היא עוד יצרנית רובוטים רכים. החברה ממוקמת בבוסטון ומציעה מבחר מוצרים שנועדו להציע פתרונות קטיף יעילים לשוק. החברה מבקשת להעצים קמעונאים לנהל מסחר מקוון יעיל בעזרת אפשרויות המיון הרובוטים שלהם.

יש לציין כי Righthand Robotics זכתה לשבחים רבים על מאמציה. החברה נרשמה בתור חברת הרובוטיקה של השנה בפרסי התאחדות ההון סיכון של ניו אינגלנד (NEVY) על עבודתה בתחום.

ביומימטיקה תהפוך את החיים לקלים יותר לכולם.

בעתיד רובוטים יחזיקו בתפקידים רבים נוספים. רובוטים רכים יעזרו להתקדם באינטגרציה הזו שכן מכשירים אלו מתאימים יותר לעבוד לצד בני אדם מאשר יחידות מסורתיות. לעת עתה, המחקר שנערך על ידי המהנדסים הללו יכול לעזור להעביר רובוטים מאופציות נדירות לאפשרויות סבירות במיוחד שכל אחד יכול לרכוש. ככזה, זה חכם לצפות בהתפתחויות הללו כשהן מתפתחות.

למד על פרויקטים מגניבים אחרים עַכשָׁיו