Nieuwe robothuid zorgt ervoor dat machines zich als mensen voelen

Een team van ingenieurs van de Universiteit van Cambridge en University College London heeft samengewerkt om een ​​robotachtige huid te ontwikkelen die vrijwel elke machine kan voorzien van sensorische mogelijkheden. Hun unieke aanpak maakt gebruik van multimodale sensoren, hydrogelmaterialen en machine learning om een ​​nieuw niveau van tactiele feedback te creëren dat de potentie heeft om protheses te creëren die kunnen voelen en nog veel meer. Dit is wat je moet weten.

Waarom aanraking belangrijk is in robotica

De vijf zintuigen die mensen in staat stellen om door de wereld te navigeren, zijn ook cruciaal voor het creëren van robots die op betekenisvolle wijze met mensen en hun omgeving kunnen communiceren. Het is gebruikelijk om robots te zien die meer sensorische input integreren als onderdeel van hun extra mogelijkheden.

De tastzin krijgt echter pas nu de aandacht die het verdient. Van industriële robots die kunnen voelen wanneer ze tegen een andere werknemer botsen, tot landbouwrobots die kunnen voelen of een stuk fruit rijp is, is tastzin inmiddels een essentieel onderdeel van de technologie geworden.

Hoe de menselijke huid robotontwerpen inspireert

Als het op aanraking aankomt, is je huid een wonder. Ze kan verschillende soorten aanrakingen, van warmte tot druk en meer, in milliseconden nauwkeurig meten. Bovendien kan dit over het hele lichaam of in specifieke gebieden gebeuren, waarbij je hersenen de oorsprong en het type aanraking kunnen onderscheiden. Al deze mogelijkheden zijn te danken aan een flexibel oppervlak dat zichzelf kan herstellen.

Robots de mogelijkheid geven om te voelen

In het besef dat de gevoeligheid van de menselijke huid ideaal is voor veel toepassingen, hebben ingenieurs al meerdere malen geprobeerd robothuiden te creëren. De belangrijkste manier waarop ze dit deden, was door verschillende sensoren in een flexibel materiaal te integreren. De sensoren konden druk, temperatuur en andere belangrijke gegevens detecteren.

Problemen met robothuid

Deze strategie had enkele grote nadelen. Ten eerste droeg elke sensor bij aan de stevigheid van de huid. Bovendien was het maken van deze sensoren en het installeren ervan in het apparaat een kostbaar en tijdrovend proces. Deze apparaten waren erg duur om te maken en, naar verluidt, kwetsbaar.

Elke rigide sensor voegde een extra gebied toe dat tijdens gebruik beschadigd kon raken. De plaatsing van de sensor speelde ook een rol bij de vorm en het ontwerp van het oppervlak, wat de toepassingen verder beperkte. Bovendien hadden veel sensoren blinde vlekken waar ze niet waren geplaatst of waar andere sensoren zouden moeten worden geplaatst. Bovenop deze problemen droeg elk nieuw sensortype bij aan de interferentie die door het apparaat werd veroorzaakt, waardoor de nauwkeurigheid afnam.

Binnen de Robotic Skin-studie

Ocuco's Medewerkers Multimodale informatiestructurering met enkellaagse zachte skins en hogedichtheids elektrische impedantietomografie studies¹ introduceert een nieuw type robothuid dat meerdere soorten aanrakingen kan detecteren met behulp van één materiaalontwerp. Het apparaat kan op elke vorm worden aangebracht en als een handschoen aan bestaande robothanden worden bevestigd, wat het apparaat een nieuwe laag van interactiviteit en gevoeligheid biedt.

Bron - University of Cambridge

Multimodale detectie

De eerste stap in het creëren van de verbeterde robothuid was uitzoeken hoe het aantal benodigde sensoren kon worden verminderd. Om deze taak te volbrengen, maakten de ingenieurs gebruik van multimodale sensoren. Deze apparaten kunnen verschillende soorten signaalinvoer registreren en de oorzaak van elk signaal zonder interferentie scheiden. Als onderdeel van deze aanpak ontwikkelde het team een ​​speciaal ontwikkeld systeem dat zes soorten multimodale stimuli ondersteunde, waaronder verhitting, aanraking, druk, schade en meer.

Waarom hydrogel de sleutel is tot robothuid

Een geleidende hydrogel op basis van gelatine werd vervolgens gegoten in de vorm van een volwassen hand. Dit materiaal werd gekozen vanwege de geleidbaarheid, het zachte gevoel en de flexibiliteit. Bovendien kan het worden gesmolten en in elke gewenste vorm worden gevormd, wat bijdraagt ​​aan de bruikbaarheid en duurzaamheid van deze apparaten.

Elektrodeconfiguraties

Het team besteedde veel tijd aan het testen van verschillende elektrode-indelingen. Hun doel was een opstelling te vinden die de mogelijkheden van de robothuid niet verstoorde, maar wel nauwkeurige metingen aan de sensoren leverde. Uiteindelijk koos het team voor een ontwerp met 32 ​​elektroden op de pols.

Elektrische impedantietomografie

De ingenieurs voerden deze sensoren gegevens in met behulp van elektrische impedantietomografietechnieken. De geleidbaarheid van de hydrogel creëerde 863,040 geleidende paden door het membraan. De ingenieurs merkten op dat ze 1.7 miljoen stukjes data uit dit ontwerp konden halen door alle beschikbare paden te gebruiken.

De volgende stap was het registreren van de gegevens die werden verzameld tijdens bepaalde handelingen, zoals het tikken met de vinger, het knijpen in de hand, een diepe snee of een zachte aanraking. Deze gegevens werden vervolgens ingevoerd in een speciaal ontwikkeld machine learning-algoritme.

De AI gebruikte dit datamodel om te bepalen welke sensorische input voorrang had boven andere acties. Een diepe snee is bijvoorbeeld belangrijker dan een lichte vingerprik. Ze merkten ook op dat het systeem personalisatie van deze voorkeuren ondersteunde.

Afhankelijk van de taak van de robot kunnen ingenieurs instellen welke zintuigen prioriteit hebben. Zo kunt u bijvoorbeeld de gevoeligheid van een landbouwrobot die de rijpheid voelt verhogen, maar de temperatuursensoren verlagen omdat deze in de zomerzon werkt. Bovendien kunt u het apparaat kalibreren met een menselijke aanraking.

Het testen van de mogelijkheden van de robothuid

De ingenieurs voerden verschillende fysieke tests uit om er zeker van te zijn dat het apparaat naar behoren functioneerde. Deze tests omvatten het zachtjes over de hand bewegen van de vingers, het verwarmen van het apparaat en het op verschillende niveaus knijpen om het verschil te registreren tussen lichte en schadelijke handelingen. Ze testten ook of het apparaat meerdere verschillende soorten aanrakingen tegelijk kon detecteren. In één geval werd de hand met een medisch scalpel gesneden.

Resultaten van robothuidtesten

De test toonde aan dat machine learning de verschillende acties in realtime succesvol kon bepalen. De hand kon onderscheid maken tussen menselijke aanraking en niet-levende objecten. Hij kon ook weersomstandigheden bepalen op basis van een combinatie van factoren zoals warmte en vochtigheid, net als een mens.

Belangrijkste voordelen van robothuidtechnologie

De robothuid brengt verschillende voordelen met zich mee. Ten eerste stelt het robots in staat om op een mensachtige manier met de fysieke wereld te communiceren. Robots in de toekomst kunnen voelen of ze tegen je aan botsen of tegen iets anders aanbotsen en zich aanpassen.

Deze apparaten worden zo ingesteld dat ze de druk die ze op voorwerpen uitoefenen, kunnen meten op basis van de reactie van het voorwerp. Dit opent de deur voor effectievere medische hulpmiddelen en nog veel meer. De zeer gevoelige aard van de robothuid maakt hem ideaal voor een breed scala aan toepassingen.

Goedkoop

Een van de grootste voordelen van het nieuwe ontwerp voor robothuiden is dat ze eenvoudig te fabriceren zijn. Traditionele robothuiden waren afhankelijk van meerdere sensoren, die nauwkeurig op hun plaats waren aangesloten. Deze aanpak is veel duurder dan het gebruik van geleidende hydrogel en mist de flexibiliteit om ze in vrijwel elke gewenste vorm te gieten. Deze nieuwe aanpak maakt aanraakgevoelige robotica beschikbaar voor meer apparaten.

Robotische huid is herbruikbaar

Een ander belangrijk voordeel van het ontwerp van de robothuid is de mogelijkheid tot hergebruik. Het geleidende materiaal kan worden gesmolten en naar wens worden gevormd. De hydrogel kan complexe vormen aannemen zonder dat er interne draden nodig zijn. Deze herbruikbare aanpak helpt toekomstig elektronisch afval van robotica te voorkomen.

Duurzaam

Het ontwerp van de robotachtige huid is veel duurzamer dan dat van zijn voorganger. Doordat er geen sensoren in het hele apparaat zitten, is de kans op relevante schade beperkt. Deze structuur biedt ondersteuning voor flexibele en herbruikbare componenten die bestand zijn tegen zware belasting. Ze kunnen ook worden gerepareerd met hydrogel zonder dat complexe interne sensoren hoeven te worden gerepareerd.

Maatwerk

De aanpasbaarheid van de robothuid is een groot pluspunt. Het apparaat kan verschillend reageren op verschillende soorten prikkels, afhankelijk van de taak. Je zou bijvoorbeeld een robot kunnen hebben die doornen negeert bij het plukken van rozen, maar overgevoelig is voor de vochtigheid of het gevoel van de steel.

Toepassingen en tijdlijn voor robothuid

Er zijn verschillende toepassingen voor robotachtige huid. De voor de hand liggende toepassing zou zijn om de mogelijkheden van humanoïde robots te verbeteren. Deze apparaten lijken qua structuur en uiterlijk al op mensen. Door een extra laag aanraking toe te voegen, zouden ze nog menselijker en herkenbaarder kunnen worden.

protheses

Deze studie zou kunnen bijdragen aan de realisatie van protheses die kunnen voelen. Het gebruik van zachte, flexibele hydrogel als huid zal deze medische hulpmiddelen realistischer laten lijken voor de drager en de mensen om hem/haar heen. Bovendien kunnen ze zo worden aangepast dat ze hetzelfde gevoel geven als het verloren lichaamsdeel, of zelfs worden versterkt met extra sensorische input.

Automobielsector

De automobielsector loopt voorop in de integratie van robotica. Deze studie zou kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van robots die veilig naast mensen kunnen werken. Deze apparaten zouden kunnen herkennen wanneer ze in de buurt van een mens komen of ermee interacteren en zouden kunnen reageren zoals een collega zou doen als die bij een ongeval tegen je aan botst en wegrijdt.

Landbouwsector

Aanraakgevoelige robots worden al gebruikt om belangrijke aspecten van de landbouw te bepalen. Het apparaat zou robothuid kunnen gebruiken om gewicht te besparen, de operationele tijd te verkorten en de prestaties te verbeteren. Deze systemen zouden ook speciaal ontwikkelde AI-modellen kunnen integreren om de prestaties te verbeteren en resultaten te garanderen.

Tijdlijn van robothuid

Het kan nog 5 tot 10 jaar duren voordat robothuid op de markt komt. Ingenieurs zullen verder werken aan hun ontwerp en op zoek gaan naar partnerschappen en financiering. Als het een succes wordt, kun je binnen 5 tot 7 jaar robothuid op apparaten in magazijnen zien. Als alles goed gaat, kunnen medische apparaten binnen tien jaar van deze optie gebruikmaken.

Wie heeft de robothuid ontwikkeld?

Ingenieurs van de Universiteit van Cambridge en University College London (UCL) werkten samen om deze studie te realiseren. In het artikel worden David Hardman, Thomas George Thuruthel en Fumiya Iida genoemd als de belangrijkste auteurs van het werk. De studie ontving met name steun van de Royal Society, de Engineering and Physical Sciences Research Council, het Samsung Global Research Outreach Program en UK Research and Innovation.

Robotische huidtoekomst

Het team richt zich nu op het verbeteren van de duurzaamheid en gevoeligheid van hun apparaat. Deze volgende stappen omvatten verder onderzoek naar materialen voor het apparaat en nieuwe sensortypen. Het doel is om te helpen bij het innoveren en promoten van enkellaagse skins in gevoelige systemen en om het gebruik van multimodale sensorische opties in de toekomst te stimuleren.

Investeren in robotica

De roboticasector kent diverse belangrijke concurrenten. Deze bedrijven variëren in hun aanbod van robots die ontworpen zijn om infrastructuur te monitoren tot medische apparatuur en militaire hardware. Al deze sectoren hebben de afgelopen tien jaar een aanzienlijke groei doorgemaakt, en analisten voorspellen nog meer groei in de toekomst. Hier is één bedrijf dat klaar is om te profiteren van toekomstige adoptie.

UiPath

UiPath (PATH -0.8%) kwam in 2005 op de markt. Destijds heette het nog DeskOver. De oprichters van het bedrijf, Daniel Dines en Marius Tîrcă, wilden betrouwbare software voor robotautomatisering creëren voor de opkomende industrie. Het eerste decennium van het bedrijf kende een langzame maar gestage groei.

In 2015 verhuisde het bedrijf naar UiPath en breidde het zijn activiteiten uit. Het bedrijf opende een hoofdkantoor in New York, met nieuwe kantoren in Londen, Bangalore, Parijs, Singapore, Washington D.C. en Tokio. In 2021 organiseerde UiPath een van de grootste beursintroducties van software in de VS, waarbij het $ 35 miljard ophaalde om zijn activiteiten voort te zetten.

Tegenwoordig speelt UiPath een cruciale rol in de robotautomatisering. Hun software helpt robotvloten synchroon te blijven en veilig te werken met duizenden menselijke collega's en andere apparaten. Wie ervaring wil opdoen in de robotica-industrie doet er daarom goed aan om meer onderzoek te doen naar de aandelen van UiPath.

Laatste UiPath (PATH) aandelennieuws en ontwikkelingen

Laatste gedachten: De toekomst van robothuid

Het concept van de robotachtige huid zou de interactie tussen mens en robot in de toekomst kunnen verbeteren. Dit apparaat zou geïntegreerd kunnen worden in bestaande robots, waardoor ze een beter begrip van hun omgeving krijgen en nieuwe mogelijkheden krijgen. Om deze en vele andere redenen moet ik deze ingenieurs complimenteren met hun harde werk.

Ontdek andere coole ontwikkelingen op het gebied van robotica hier.

Geraadpleegde studies:

^{1. David Hardman et al., Multimodale informatiestructurering met enkellaagse zachte skins en elektrische impedantietomografie met hoge dichtheid.wetenschap Robot.10,eadq2303(2025).DOI:10.1126/scirobotics.adq2303}