Zelfherstellende zachte robots: een nieuwe grens in AI-gestuurde reparatie

Doorbraak in robotica: zelfherstellende robots geïnspireerd door biologie

Een team van ingenieurs van de Universiteit van Nebraska-Lincoln heeft een zelfherstellende robot geïntroduceerd die autonoom schade kan detecteren en repareren. Het apparaat zou kunnen bijdragen aan de levensduur van de roboticasystemen en elektronische apparaten van morgen. Lees hier hoe zelfherstellende robots de norm zouden kunnen worden en afval zouden kunnen verminderen, prestaties zouden kunnen verbeteren en de weg zouden kunnen vrijmaken voor toekomstige innovaties.

Het idee van een robot die zichzelf herstelt klinkt sciencefictionachtig, maar dankzij recente ontwikkelingen in AI en andere technologieën beschouwen veel onderzoekers deze aanpak als de beste optie. Als je aan een zelfherstellende robot denkt, zie je misschien een rigide apparaat voor je dat zijn lichaam scant, schade opspoort en deze vervolgens repareert met een ingebouwde tool of andere hulpmiddelen.

Het probleem met dit concept is dat de robot toegang zou moeten hebben tot extra materiaal om de reparatie te voltooien. Het is niet zo dat de robot voor elk onderdeel reserveonderdelen bij zich zou hebben. Dit concept kan daarom alleen werken in zeer beperkte scenario's waarin reserveonderdelen beschikbaar zijn.

De natuur nabootsen

Om deze beperkingen te begrijpen, keken wetenschappers naar het herstellend vermogen van het menselijk lichaam voor een betere oplossing. Wanneer je gewond raakt, is je lichaam in staat om na verloop van tijd te herstellen. Zolang de verwonding niet te ernstig is, kan je lichaam het probleem, zoals een kleine snee, herkennen en middelen inzetten om het probleem te genezen. Binnen een paar dagen of weken is de verwonding volledig genezen met minimale littekens.

Nieuwe studie over zelfherstellende zachte robots gepubliceerd op ICRA 2025

In het besef dat een nieuwe aanpak essentieel zou zijn om zelfherstellende robots mogelijk te maken, begon een team van ingenieurs onderzoek te doen naar meer mensachtige robotoplossingen. Deze zoektocht leidde tot de publicatie van de studie.¹ "Intelligente zelfherstellende kunstmatige spieren: mechanismen voor schadedetectie en autonome reparatie van punctieschade in zachte robotica"op de IEEE International Conference on Robotics and Automation van dit jaar.

Dit baanbrekende rapport gaat dieper in op het gebruik van zachte robots als middel om zelfherstellende taken uit te voeren. Zachte robots onderscheiden zich van traditionele alternatieven doordat ze flexibele componenten gebruiken die hen in staat stellen hun vorm en grootte aan te passen. Dit stelt hen in staat unieke taken uit te voeren, zoals morphing om door een dunne buis te navigeren.

De ingenieurs gebruikten biomimicry om een ​​zachte robot te ontwerpen die qua lagen leek op het menselijk lichaam. Ze begonnen met de introductie van een meerlaagse architectuur. Deze aanpak is gebaseerd op verschillende lagen die verschillende taken uitvoeren, maar samenwerken om de bot in staat te stellen de adaptieve veerkracht van levende organismen te evenaren.

Bron - Universiteit van Nebraska – Lincoln

Actuatielaag: hoe zelfherstellende robots bewegen

De buitenkant is de actuatielaag. Deze bovenste laag zorgt ervoor dat de actuator kan bewegen. Deze maakt gebruik van kleine holtes die gevuld worden met water onder druk om de beweging te initiëren. Deze aanpak is ideaal voor zachte robotica, omdat motoren of andere rigide componenten die de mogelijkheden van de zachte robot beperken, niet nodig zijn.

Zelfherstellende thermoplastische laag uitgelegd

De volgende laag is stijver omdat deze een zelfherstellend thermoplastisch elastomeer bevat. Deze laag is verantwoordelijk voor het introduceren van elektromigratie en thermische mechanismen om fysieke discontinuïteiten te creëren waar beschadigde lagen elektrische inconsistenties hebben veroorzaakt die door de onderste laag zijn gedetecteerd.

Elektronische huid: de schade-sensorische laag

De onderste laag van deze zachte robotarchitectuur is een elektronische huid, bestaande uit LM-microdruppels ingebed in een siliconenelastomeer. Deze aanpak werkt net als je zenuwstelsel: het gebruikt elektrische stroom om de oppervlaktecontinuïteit te bewaken.

Concreet gaat het om vloeibare metaalmicrodruppels ingebed in een siliconenelastomeer die geleidende paden creëren. Wanneer er schade wordt gedetecteerd, kan het systeem deze lokaliseren en de middelste laag waarschuwen, die vervolgens zijn zelfherstellende processen in gang zet.

Hoe zelfherstellende robots schade detecteren en repareren

Het systeem herkent deze elektrische voetafdruk als bewijs van schade, wat een hogere stroomsterkte naar het gebied in gang zet. Deze hogere stroomsterkte werkt als een verwarmingsmechanisme en verwarmt het gebied met elektrische inconsistenties als gevolg van de schade.

Het proces smelt en sluit vervolgens de middelste laag weer af, en door elektromigratie keren de metaalatomen terug naar een aparte toestand, waardoor de kortsluiting wordt opgeheven en de beschadiging wordt gedicht. Elektromigratie werd altijd als hinderlijk gezien vanwege de openingen, waardoor de stroom stopte.

Deze studie is de eerste keer dat het proces als een voordeel voor de geleidingsbehoeften werd gezien. De combinatie van elektromigratie en het verwarmde Joule-effect stelt het apparaat in staat om het beschadigde gebied effectief te resetten en tegelijkertijd de stroominconsistenties te elimineren. Bovendien zorgt het ervoor dat de zelfherstellende robot zichzelf meerdere keren probleemloos kan herstellen.

Hoe onderzoekers het zelfherstellende robotsysteem testten

De ingenieurs voerden een reeks tests uit om te zien of hun zelfherstellende robot de voorspelde prestaties kon leveren. Het team begon met het installeren van elektroden op het apparaat om de veranderingen nauwkeurig te meten. Vervolgens brachten ze verschillende soorten schade aan. Deze effecten omvatten zware druk en snijwonden.

Resultaten van de experimenten met zelfherstellende robots

De zelfherstellende zachte robot kon de schade autonoom detecteren en een zelfherstelproces starten. Het apparaat paste elke 0.25 seconden een kleine stroomstoot van 10 ampère toe totdat thermische migratie op gang kwam. Het proces werd vervolgens zes keer herhaald voor elke test, waardoor de schadeherstelwerkzaamheden in verschillende scenario's diepgaand konden worden gemonitord.

Voordelen van zelfherstellende zachte robotica

Zelfherstellende elektronica biedt veel voordelen. Ten eerste draagt ​​het bij aan een langere levensduur van elektrische apparaten. Er liggen te veel stortplaatsen vol met beschadigde elektronica. Zelfherstellende softrobotica biedt een betere oplossing die schade ter plaatse kan herstellen, waardoor kosten en downtime worden verminderd.

Toepassingen en toekomst van zelfherstellende robots

Het onderzoek naar zelfherstellende robots heeft de potentie om de roboticasector te revolutioneren. Verschillende sectoren zijn afhankelijk van robots en het gebruik van autonome drones en andere apparaten neemt toe. Zelfherstellende mogelijkheden zouden dan ook precies kunnen zijn wat nodig is om de prestaties en levensduur naar een hoger niveau te tillen.

Zelfherstellende robots in robotica en exploratie

De voor de hand liggende toepassing van deze ontdekkingen ligt in de roboticasector. Robots die zichzelf kunnen herstellen, zouden ideaal zijn voor verkennings-, zoek- en reddingsoperaties. Overal waar een robot een voorwerp kan tegenkomen dat gevaar kan opleveren, zoals een takje of een scherpe steen, zijn zelfherstellende robots beter geschikt dan traditionele harde eenheden.

Draagbare technologie: een nieuw gebruiksvoorbeeld voor zelfherstellende materialen

Een ander gebied waar deze technologie nuttig zou kunnen zijn, is de wearablessector. Wearables zoals smartwatches worden dagelijks intensief gebruikt. Deze apparaten moeten bestand zijn tegen het intensieve gebruik en alle onverwachte stoten en krassen die daarmee gepaard gaan. Zelfherstellende wearables zouden de perfecte oplossing kunnen zijn.

Wanneer zijn zelfherstellende robots beschikbaar?

Zelfherstellende robots zouden de komende 5-10 jaar op de markt kunnen verschijnen. De sector van de zachte robotica is een snelgroeiende sector die nu pas begint aan te slaan. Deze apparaten zullen ongetwijfeld meer aandacht krijgen naarmate hun voordelen en mogelijkheden beter worden begrepen.

Onderzoekers naar zelfherstellende robots

Het onderzoek naar zelfherstellende robots is uitgevoerd door ingenieurs van de Universiteit van Nebraska-Lincoln. Eric Markvicka, Ethan Krings en Patrick McManigal worden genoemd als de belangrijkste bijdragers. Opvallend is dat het rapport over zelfherstellende robotica slechts 39 van de 1,606 inzendingen was die genomineerd waren voor de ICRA 2025 Best Paper Award.

Opvallend is dat de ingenieurs extra steun ontvingen van de National Science Foundation, het NASA Nebraska Established Program to Stimulate Competitive Research en het Nebraska Tobacco Settlement Biomedical Research Development Fund.

Investeren in de roboticamarkt

De roboticasector is een van de meest innovatieve sectoren op de markt. Er zijn talloze concurrenten die strijden om de volgende generatie robotica te ontwikkelen die kan helpen bij het oplossen van enkele van 's werelds meest urgente problemen. Hier is één bedrijf dat vooroploopt in de innovatie.

ABB Ltd.

ABB Ltd. (FIG + 0%) is een wereldwijde technologieleider met hoofdkantoor in Zwitserland. Het bedrijf richt zich sterk op elektrificatie, automatisering en robotica. ABB, opgericht in 1988 door de fusie van ASEA (Zweden) en Brown, Boveri & Cie (Zwitserland), is uitgegroeid tot een van de meest invloedrijke spelers in de industriële roboticasector.

De robotica-afdeling van het bedrijf heeft consequent de grenzen van automatisering verlegd met geavanceerde robotarmen, collaboratieve robots (cobots) en flexibele productieoplossingen. ABB's toewijding aan adaptieve robotica sluit goed aan bij opkomende technologieën zoals zachte actuatoren, intelligente materialen en zelfherstellende systemen – precies de innovaties die worden onderzocht in de studie van de Universiteit van Nebraska-Lincoln.

De afgelopen jaren heeft ABB haar investeringen in slimme en mensvriendelijke robotica opgevoerd door middel van partnerschappen met academische instellingen en de overname van startups in AI-gestuurde automatisering. De GoFa- en YuMi-cobots van het bedrijf illustreren de strategie om robots te ontwikkelen die veilig naast mensen kunnen werken – robots die sterk zouden kunnen profiteren van zelfherstellende materialen om de veerkracht te verbeteren en downtime te verminderen. Nu industrieën evolueren naar meer autonome, flexibele en schadebestendige systemen, loopt ABB voorop in het mogelijk maken van deze volgende golf van robotica.

Beleggers die vroegtijdig willen profiteren van de bloei van de zachte robotica, kunnen bedrijven als ABB volgen of opkomende startups in de gaten houden. geavanceerde materialen.

Laatste ABB (ABB) aandelennieuws en ontwikkelingen

Zelfherstellende zachte robots – uw volgende collega

De ontwikkeling van zachte robots die schade kunnen detecteren en zichzelf kunnen herstellen is in volle gang. Fabrikanten zien deze apparaten als een ideale oplossing voor de wereld naast de mens, zonder extra risico's te veroorzaken. Wanneer je daar de mogelijkheid van beschadigingen detecteren en zichzelf herstellen aan toevoegt, worden deze apparaten een gamechanger.

Ontdek andere coole doorbraken in de robotica hier.

Geraadpleegde studies:

^{1. Krings, EJ, McManigal, P., en Markvicka, EJ (2025). Intelligente, zelfherstellende kunstmatige spieren: mechanismen voor schadedetectie en autonome reparatie van punctieschade in zachte robotica. Verslagen van de 2025 IEEE Internationale Conferentie over Robotica en Automatisering (ICRA), 2591–2598. https://smr.unl.edu/papers/Krings_et_al-2025-ICRA.pdf}