Samonaprawiające się miękkie roboty: nowa granica w naprawach opartych na sztucznej inteligencji

Przełom w robotyce: samonaprawiające się roboty inspirowane biologią

Zespół inżynierów z Uniwersytetu Nebraska-Lincoln zaprezentował samonaprawiającego się robota, który potrafi samodzielnie wykrywać i naprawiać uszkodzenia. Urządzenie to może przyczynić się do wydłużenia żywotności systemów robotyki i urządzeń elektronicznych jutra. Oto jak samonaprawiające się roboty mogą stać się normą i pomóc w zmniejszeniu ilości odpadów, poprawie wydajności i otwarciu drzwi dla przyszłych innowacji.

Pomysł, że robot sam się leczy, brzmi jak science fiction, ale biorąc pod uwagę ostatnie postępy w dziedzinie sztucznej inteligencji i innych technologii, wielu badaczy uważa tę drogę za najlepszą opcję. Kiedy myślisz o samoleczącym się robocie, możesz sobie wyobrazić sztywne urządzenie skanujące jego ciało, lokalizujące uszkodzenia, a następnie naprawiające je za pomocą jakiegoś pokładowego narzędzia lub innych urządzeń.

Problem z tą koncepcją polega na tym, że wymagałaby ona od robota dostępu do dodatkowych materiałów, aby dokończyć naprawę. Robot nie miałby przecież przy sobie części zamiennych do każdego podzespołu. W związku z tym ta koncepcja może się sprawdzić tylko w bardzo ograniczonych sytuacjach, gdy części zamienne są dostępne.

Naśladuj naturę

Rozumiejąc te ograniczenia, naukowcy zwrócili się ku zdolnościom regeneracyjnym ludzkiego ciała, aby znaleźć lepsze rozwiązanie. Kiedy doznasz urazu, twoje ciało jest w stanie z czasem się zregenerować. Dopóki uraz nie jest zbyt poważny, organizm rozpozna problem, na przykład niewielkie skaleczenie, i przeznaczy zasoby na jego wyleczenie. W ciągu kilku dni lub tygodni uraz całkowicie się goi, pozostawiając minimalną bliznę.

Nowe badanie dotyczące samonaprawiających się miękkich robotów opublikowane na konferencji ICRA 2025

Uznając, że nowe podejście będzie niezbędne do umożliwienia samonaprawiających się robotów, zespół inżynierów zaczął badać bardziej ludzkie rozwiązania robotyczne. To poszukiwanie doprowadziło ich do opublikowania badania¹ "Inteligentny, samonaprawiający się sztuczny mięsień: mechanizmy wykrywania uszkodzeń i autonomicznej naprawy uszkodzeń przebicia w miękkiej robotyce” na tegorocznej Międzynarodowej Konferencji IEEE na temat Robotyki i Automatyki.

Ten przełomowy raport zagłębia się w wykorzystanie miękkich robotów jako środka do wykonywania zadań samonaprawiających. Miękkie roboty różnią się od tradycyjnych opcji tym, że wykorzystują elastyczne komponenty, które umożliwiają im zmianę kształtu i rozmiaru, co pozwala im wykonywać unikalne zadania, takie jak przekształcanie się w celu poruszania się przez cienką rurę.

Inżynierowie wykorzystali biomimikrę, aby zaprojektować miękkiego robota, który pod względem warstw przypominał ludzkie ciało. Zaczęli od wprowadzenia architektury wielowarstwowej. Podejście to opiera się na różnych warstwach, które wykonują różne zadania, ale współpracują ze sobą, aby umożliwić botowi odtworzenie adaptacyjnej odporności organizmów żywych.

Źródło - University of Nebraska – Lincoln

Warstwa aktywacji: jak poruszają się roboty samonaprawiające

Zewnętrzna warstwa to warstwa napędowa. Ta górna warstwa umożliwia ruch siłownika. Działa ona w oparciu o małe kieszonki, które wypełniają się wodą pod ciśnieniem, aby zainicjować ruch. To podejście jest idealne dla miękkiej robotyki, ponieważ eliminuje potrzebę stosowania silników lub innych sztywnych elementów, które ograniczają możliwości miękkiego robota.

Wyjaśnienie samonaprawiającej się warstwy termoplastycznej

Następna warstwa jest sztywniejsza, ponieważ integruje samonaprawiający się termoplastyczny elastomer. Ta warstwa odpowiada za wprowadzanie elektromigracji i mechanizmów termicznych w celu tworzenia fizycznych nieciągłości, w których uszkodzone warstwy spowodowały niespójności elektryczne wykryte przez dolną warstwę.

Elektroniczna skóra: warstwa wykrywająca uszkodzenia

Dolna warstwa tej miękkiej architektury robota to elektroniczna skóra składająca się z mikrokropelek LM osadzonych w elastomerze silikonowym. To podejście działa jak twój układ nerwowy, ponieważ wykorzystuje prąd elektryczny do monitorowania ciągłości powierzchni.

Dokładniej rzecz biorąc, w elastomerze silikonowym osadzone są mikrokrople ciekłego metalu, które tworzą ścieżki przewodzące. Gdy wykryte zostanie uszkodzenie, system może je zlokalizować i powiadomić warstwę środkową, która następnie inicjuje procesy samonaprawiania.

Jak samonaprawiające się roboty wykrywają i naprawiają uszkodzenia

System rozpoznaje ten ślad elektryczny jako dowód uszkodzenia, co powoduje przepływ większego prądu do obszaru. Wyższy prąd działa jak mechanizm grzewczy, podgrzewając obszar, w którym występują niespójności elektryczne spowodowane uszkodzeniem.

Następnie proces topi i ponownie uszczelnia warstwę środkową, a poprzez elektromigrację atomy metalu powracają do oddzielnego stanu, eliminując zwarcie i uszczelniając uszkodzenie. Co ciekawe, elektromigracja była zawsze postrzegana jako przeszkoda z powodu przerw, które powodowały zatrzymanie prądu.

Badanie to jest pierwszym przypadkiem, gdy proces ten został uznany za korzystny dla potrzeb przewodnictwa. Połączenie elektromigracji i rozgrzanego efektu Joule’a skutecznie pozwala urządzeniu na zresetowanie uszkodzonego obszaru i jednoczesne wyeliminowanie niespójności prądu. Ponadto zapewnia, że ​​samonaprawiający się robot może leczyć się wielokrotnie bez problemów.

Jak naukowcy testowali system samonaprawiającego się robota

Inżynierowie przeprowadzili serię testów, aby sprawdzić, czy ich samonaprawiający się robot będzie działał zgodnie z przewidywaniami. Zespół zaczął od skonfigurowania urządzenia z elektrodami, aby dokładnie mierzyć zmiany. Następnie zastosowali różne rodzaje uszkodzeń. Efekty te obejmowały silny nacisk i cięcie.

Wyniki eksperymentów z robotem samonaprawiającym

Samonaprawiający się miękki robot był w stanie autonomicznie wykryć uszkodzenie i zainicjować proces samonaprawiania. Urządzenie zastosowało niewielki prąd o natężeniu 0.25 A co 10 sekund, aż do zainicjowania migracji termicznej. Następnie proces powtarzano 6 razy dla każdego testu, umożliwiając dogłębne monitorowanie naprawy uszkodzeń w kilku scenariuszach.

Korzyści z samonaprawiającej się miękkiej robotyki

Istnieje wiele korzyści, jakie przynosi samonaprawiająca się elektronika. Po pierwsze, pomoże ona wydłużyć żywotność urządzeń elektrycznych. Jest zbyt wiele wysypisk śmieci przepełnionych uszkodzoną elektroniką. Samonaprawiająca się miękka robotyka zapewnia lepsze rozwiązanie, które może naprawić uszkodzenia na miejscu, zmniejszając koszty i przestoje.

Zastosowania i przyszłość robotów samonaprawiających

Badania nad robotami samonaprawiającymi się mają potencjał zrewolucjonizowania sektora robotyki. Istnieje wiele sektorów, które opierają się na robotach, a wykorzystanie autonomicznych dronów i innych urządzeń rośnie. W związku z tym, możliwości samonaprawiania mogą być dokładnie tym, czego potrzeba, aby zwiększyć wydajność i żywotność robotów na wyższy poziom.

Samonaprawiające się roboty w robotyce i eksploracji

Oczywistym zastosowaniem tych odkryć jest sektor robotyki. Roboty, które potrafią się samoleczyć, byłyby idealne do zadań eksploracyjnych, poszukiwawczych i ratowniczych. Każde miejsce, w którym robot mógłby napotkać jakiś przedmiot, który mógłby spowodować niebezpieczeństwo, jak gałązka lub ostry kamień, jest lepiej przystosowane do robotów samoleczących niż tradycyjne jednostki twarde.

Noszona technologia: nowe zastosowanie materiałów samonaprawiających się

Innym obszarem, w którym ta technologia mogłaby być przydatna, jest sektor urządzeń noszonych. Urządzenia noszone, takie jak inteligentne zegarki, są narażone na wiele codziennych nadużyć. Urządzenia te muszą być zaprojektowane tak, aby radzić sobie z rygorystycznym harmonogramem użytkowników i wszystkimi nieoczekiwanymi uderzeniami i zadrapaniami, które mu towarzyszą. Samonaprawiające się urządzenia noszone mogą być idealnym rozwiązaniem.

Kiedy będą dostępne roboty samonaprawiające się?

W ciągu najbliższych 5-10 lat na rynku mogą pojawić się samonaprawiające się roboty. Sektor miękkiej robotyki to szybko rozwijająca się branża, która dopiero teraz zaczyna zyskiwać popularność. Urządzenia te z pewnością zyskają większe wsparcie, gdy ich zalety i możliwości staną się powszechniej rozumiane.

Naukowcy zajmujący się robotami samonaprawiającymi

Badanie samonaprawiających się robotów zostało przeprowadzone przez inżynierów z University of Nebraska–Lincoln. W badaniu wymieniono Erica Markvickę, Ethana Kringsa i Patricka McManigala jako głównych autorów. Warto zauważyć, że raport o samonaprawiających się robotach był jednym z zaledwie 39 spośród 1,606 zgłoszeń wybranych jako finalista nagrody ICRA 2025 Best Paper Award.

Warto odnotować, że inżynierowie otrzymali dodatkowe wsparcie od National Science Foundation, programu NASA Nebraska Established Program to Stimulate Competitive Research oraz funduszu Nebraska Tobacco Settlement Biomedical Research Development Fund.

Inwestowanie na rynku robotyki

Sektor robotyki jest jednym z najbardziej innowacyjnych na rynku. Jest wielu konkurentów, którzy rywalizują o stworzenie robotyki nowej generacji, która może pomóc rozwiązać niektóre z najbardziej palących problemów świata. Oto jedna firma, która przewodzi w tym innowacyjnym dążeniu.

ABB Sp.

ABB Sp. (ABB ) jest globalnym liderem technologicznym z siedzibą w Szwajcarii. Jego silny nacisk kładzie się na elektryfikację, automatyzację i robotykę. Założona w 1988 r. poprzez fuzję ASEA (Szwecja) i Brown, Boveri & Cie (Szwajcaria), ABB stała się jednym z najbardziej wpływowych graczy w sektorze robotyki przemysłowej.

Dział robotyki firmy konsekwentnie przesuwał granice automatyzacji dzięki zaawansowanym ramionom robotów, robotom współpracującym (coboty) i elastycznym rozwiązaniom produkcyjnym. Zaangażowanie ABB w robotykę adaptacyjną dobrze wpisuje się w pojawiające się technologie, takie jak miękkie siłowniki, inteligentne materiały i systemy samonaprawiające się – te same innowacje badano w badaniu University of Nebraska–Lincoln.

W ostatnich latach ABB zwiększyło inwestycje w inteligentną i przyjazną człowiekowi robotykę poprzez partnerstwa z instytucjami akademickimi i przejęcia startupów automatyki opartych na sztucznej inteligencji. Coboty GoFa i YuMi firmy są przykładem jej strategii rozwijania robotów, które mogą bezpiecznie pracować obok ludzi – robotów, które mogłyby znacznie skorzystać z materiałów samonaprawiających się, aby zwiększyć odporność i skrócić przestoje. W miarę jak branże przechodzą na bardziej autonomiczne, elastyczne i odporne na uszkodzenia systemy, ABB stoi na czele, umożliwiając tę ​​kolejną falę robotyki.

Inwestorzy chcący jak najszybciej zapoznać się z boomem na miękką robotykę mogą chcieć śledzić poczynania takich firm jak ABB lub śledzić pojawiające się startupy zajmujące się zaawansowanymi materiałami.

Najnowsze wiadomości i wydarzenia dotyczące akcji ABB (ABB)

Samonaprawiające się miękkie roboty – Twój następny współpracownik

Dążenie do stworzenia miękkich robotów, które mogą wykrywać i samodzielnie leczyć uszkodzenia, jest w pełnym rozkwicie. Producenci widzą te urządzenia jako idealne rozwiązanie dla świata obok ludzi, bez powodowania dodatkowych zagrożeń. Gdy dodasz zdolność wykrywania i samodzielnego leczenia obrażeń, te urządzenia stają się przełomem.

Dowiedz się więcej o innych ciekawych przełomach w robotyce w tym miejscu.

Przywoływane badania:

^{1. Krings, EJ, McManigal, P. i Markvicka, EJ (2025). Inteligentny, samonaprawiający się sztuczny mięsień: Mechanizmy wykrywania uszkodzeń i autonomicznej naprawy uszkodzeń przebitych w robotyce miękkiejMateriały z Międzynarodowej Konferencji IEEE na temat Robotyki i Automatyki (ICRA) z 2025 r., 2591–2598. https://smr.unl.edu/papers/Krings_et_al-2025-ICRA.pdf}