Самовідновлювальні м'які роботи: новий рубіж у ремонті на основі штучного інтелекту

Прорив у робототехніці: самовідновлювальні роботи, натхненні біологією

Команда інженерів з Університету Небраски-Лінкольна представила робота з функцією самовідновлення, який може самостійно виявляти та ремонтувати пошкодження. Цей пристрій може сприяти довговічності робототехнічних систем та електронних пристроїв майбутнього. Ось як роботи з функцією самовідновлення можуть стати нормою та допомогти зменшити відходи, покращити продуктивність і відкрити шлях для майбутніх інновацій.

Ідея про робота, який може самовідновлюватися, звучить як наукова фантастика, але з огляду на останні досягнення в галузі штучного інтелекту та інших технологій, багато дослідників вважають цей шлях найкращим варіантом. Коли ви думаєте про робота, який самовідновлюється, ви можете уявити собі жорсткий пристрій, який сканує своє тіло, знаходить пошкодження, а потім ремонтує їх за допомогою якогось вбудованого інструменту чи інших пристроїв.

Проблема цієї концепції полягає в тому, що для завершення ремонту роботу знадобиться доступ до додаткових матеріалів. Робот не носитиме із собою запасні частини для кожного компонента. Таким чином, ця концепція може працювати лише в дуже обмежених випадках, коли запасні частини є під рукою.

Імітація природи

Розуміючи ці обмеження, вчені звернули увагу на можливості людського організму для загоєння, щоб знайти краще рішення. Коли ви отримуєте травму, ваш організм здатний до загоєння з часом. Поки травма не надто серйозна, ваш організм може розпізнати проблему, як-от невеликий поріз, і виділити ресурси для її лікування. За кілька днів або тижнів травма повністю загоюється з мінімальним рубцюванням.

Нове дослідження самовідновлюваних м'яких роботів опубліковано на ICRA 2025

Визнаючи, що новий підхід буде необхідним для створення роботів із здатністю до самовідновлення, команда інженерів почала досліджувати більш схожі на людину роботизовані рішення. Цей пошук привів їх до публікації дослідження.¹ "Інтелектуальний самовідновлювальний штучний м'яз: механізми виявлення пошкоджень та автономного відновлення проколів у м'якій робототехніці«на цьогорічній Міжнародній конференції IEEE з робототехніки та автоматизації».

Цей революційний звіт заглиблюється у використання м’яких роботів як засобу для виконання завдань самовідновлення. М’які роботи відрізняються від традиційних варіантів тим, що вони використовують гнучкі компоненти, які дозволяють їм змінювати свою форму та розмір, що дає їм змогу виконувати унікальні завдання, такі як морфінг для навігації по тонкій трубі.

Інженери використали біомімікрію, щоб розробити м'якого робота, схожого на людське тіло за кількістю шарів. Вони почали з впровадження багатошарової архітектури. Цей підхід спирається на різні шари, які виконують різні завдання, але працюють разом, щоб робот міг відтворювати адаптивну стійкість живих організмів.

Джерело - Університет Небраски – Лінкольна

Шар виконавчої дії: як рухаються самовідновлювальні роботи

Зовнішня частина — це шар приводу. Цей верхній шар забезпечує рух приводу. Він спирається на невеликі кишені, які заповнюються водою під тиском для початку руху. Такий підхід ідеально підходить для м’якої робототехніки, оскільки він усуває потребу в двигунах або інших жорстких компонентах, які обмежують можливості м’якого робота.

Пояснення самовідновлюваного термопластичного шару

Наступний шар є жорсткішим, оскільки він містить термопластичний еластомер, що самовідновлюється. Цей шар відповідає за впровадження електроміграційних та термічних механізмів для створення фізичних розривів там, де пошкоджені шари спричинили електричні невідповідності, виявлені нижнім шаром.

Електронна шкіра: шар, що реагує на пошкодження

Нижній шар цієї архітектури м’якого робота — це електронна оболонка, що складається з мікрокрапель LM, вбудованих у силіконовий еластомер. Цей підхід працює подібно до вашої нервової системи, оскільки він використовує електричний струм для контролю безперервності поверхні.

Зокрема, це мікрокраплі рідкого металу, вбудовані в силіконовий еластомер, які створюють провідні шляхи. Коли виявляється пошкодження, система може його локалізувати та повідомити середній шар, який потім ініціює процеси самовідновлення.

Як самовідновлювальні роботи виявляють та ремонтують пошкодження

Система розпізнає цей електричний слід як ознаку пошкодження, що ініціює потік більшого струму в цю ділянку. Більший струм діє як механізм нагрівання, нагріваючи ділянку з електричними невідповідностями через пошкодження.

Потім процес плавить і повторно герметизує середній шар, і завдяки електроміграції атоми металу повертаються в окремий стан, усуваючи коротке замикання та герметизуючи пошкодження. Примітно, що електроміграція завжди розглядалася як перешкода через проміжки, які призводили до зупинки струму.

Це дослідження вперше розглядає процес як перевагу для потреб провідності. Поєднання електроміграції та нагрівального ефекту Джоуля дозволяє пристрою ефективно скидати пошкоджену ділянку та одночасно усувати невідповідності струму. Крім того, це гарантує, що самовідновлювальний робот може відновлюватися багаторазово без проблем.

Як дослідники тестували самовідновлювальну робототехнічну систему

Інженери провели серію тестів, щоб перевірити, чи зможе їхній самовідновлювальний робот працювати належним чином. Команда почала з налаштування пристрою електродами для точного вимірювання змін. Після цього вони застосовували різні типи пошкоджень. Ці ефекти включали сильний тиск та різання.

Результати експериментів із самовідновлювальними роботами

Самовідновлювальний м'який робот зміг самостійно виявити пошкодження та ініціювати процес самовідновлення. Пристрій подавал невелике збільшення струму 0.25 ампера кожні 10 секунд, доки не почалася термічна міграція. Потім процес повторювався 6 разів для кожного тесту, що дозволяло проводити поглиблений моніторинг відновлення пошкоджень за кількома сценаріями.

Переваги самовідновлюваної м'якої робототехніки

Самовідновлювальна електроніка має багато переваг. По-перше, вона допоможе подовжити термін служби електричних пристроїв. Занадто багато звалищ переповнено пошкодженою електронікою. Самовідновлювальна м’яка робототехніка пропонує краще рішення, яке може ремонтувати пошкодження на місці, зменшуючи витрати та час простою.

Застосування та майбутнє самовідновлювальних роботів

Дослідження роботів, що самовідновлюються, має потенціал для революції в секторі робототехніки. Існує кілька секторів, які залежать від роботів, і використання автономних дронів та інших пристроїв зростає. Отже, можливості самовідновлення можуть бути саме тим, що потрібно, щоб підвищити продуктивність та довговічність на новий рівень.

Самовідновлювальні роботи в робототехніці та дослідженні

Очевидне застосування цих відкриттів — у секторі робототехніки. Роботи, здатні до самовідновлення, ідеально підійдуть для розвідувальних, пошукових та рятувальних завдань. Будь-яке місце, де робот може зіткнутися з предметом, що може спричинити небезпеку, наприклад, гілочкою чи гострим каменем, краще підходить для самовідновлювальних роботів, ніж традиційні важкі одиниці.

Носимі технології: новий варіант використання самовідновлювальних матеріалів

Ще однією сферою, де ця технологія може бути корисною, є сектор носимих пристроїв. Носимі пристрої, такі як смарт-годинники, щодня зазнають багато зусиль. Ці пристрої повинні бути розроблені для того, щоб витримувати напружений графік роботи своїх користувачів та всі несподівані удари та подряпини, які його супроводжують. Самостійний ремонт носимих пристроїв може стати ідеальним рішенням.

Коли з'являться роботи з функцією самовідновлення?

Ви можете побачити, як самовідновлювальні роботи з'являться на ринку протягом наступних 5-10 років. Сектор м'якої робототехніки – це швидкозростаюча галузь, яка тільки зараз починає набирати обертів. Ці пристрої, безсумнівно, отримають більше підтримки, оскільки їхні переваги та можливості стають більш загальновідомими.

Дослідники самовідновлювальних роботів

Дослідження роботів, що самовідновлюються, було запропоновано інженерами з Університету Небраски в Лінкольні. У дослідженні основними авторами зазначено Еріка Марквіку, Ітана Крінгса та Патріка Макманігала. Примітно, що звіт про робототехніку, що самовідновлюється, був одним із лише 39 із 1,606 поданих робіт, відібраних до фіналістів премії ICRA 2025 Best Paper Award.

Примітно, що інженери отримали додаткову підтримку від Національного наукового фонду, Програми стимулювання конкурентних досліджень NASA Nebraska Established Program для стимулювання конкурентних досліджень та Фонду розвитку біомедичних досліджень у тютюнових поселеннях Небраски.

Інвестування в ринок робототехніки

Сектор робототехніки є одним з найбільш інноваційних на ринку. Існує безліч претендентів, які змагаються у створенні робототехніки наступного покоління, яка може допомогти вирішити деякі з найактуальніших проблем світу. Ось одна компанія, яка очолює інноваційний рух.

ТОВ "АББ"

ТОВ "АББ" (ABB ) – світовий технологічний лідер зі штаб-квартирою у Швейцарії. Його основна увага приділяється електрифікації, автоматизації та робототехніці. Заснована в 1988 році шляхом злиття ASEA (Швеція) та Brown, Boveri & Cie (Швейцарія), компанія ABB перетворилася на одного з найвпливовіших гравців у секторі промислової робототехніки.

Підрозділ робототехніки компанії постійно розширює межі автоматизації завдяки передовим роботизованим рукам, колаборативним роботам (коботам) та гнучким виробничим рішенням. Відданість ABB адаптивній робототехніці добре узгоджується з новими технологіями, такими як м'які актуатори, інтелектуальні матеріали та системи самовідновлення – ті самі інновації, що досліджувалися в дослідженні Університету Небраски-Лінкольна.

В останні роки компанія ABB збільшила свої інвестиції в розумну та зручну для людини робототехніку завдяки партнерству з академічними установами та придбанню стартапів у сфері автоматизації на основі штучного інтелекту. Коботи компанії GoFa та YuMi є прикладом її стратегії розробки роботів, які можуть безпечно працювати разом з людьми – роботів, які могли б отримати значну користь від самовідновлювальних матеріалів для підвищення стійкості та скорочення часу простою. Оскільки галузі рухаються до більш автономних, гнучких та стійких до пошкоджень систем, ABB стоїть на передовій сприяння цій наступній хвилі робототехніки.

Інвестори, які прагнуть отримати ранній доступ до буму м’якої робототехніки, можуть відстежувати такі компанії, як ABB, або стартапи, що розвиваються, у сфері передових матеріалів.

Останні новини та події щодо акцій ABB (ABB)

Самовідновлювальні м'які роботи – ваш наступний колега

Прагнення до створення м’яких роботів, здатних виявляти та самостійно відновлювати пошкодження, у розпалі. Виробники розглядають ці пристрої як ідеальне рішення для світу разом з людьми, не створюючи додаткових ризиків. Якщо додати до цього здатність виявляти та самостійно відновлювати травми, ці пристрої стають революційними.

Дізнайтеся про інші цікаві прориви в робототехніці тут.

Посилання на дослідження:

^{1. Крингс, Е. Дж., МакМанігал, П., і Марквіцка, Е. Дж. (2025). Інтелектуальний самовідновлювальний штучний м'яз: механізми виявлення пошкоджень та автономного відновлення проколів у м'якій робототехніціМатеріали Міжнародної конференції IEEE з робототехніки та автоматизації (ICRA) 2025 року, 2591–2598. https://smr.unl.edu/papers/Krings_et_al-2025-ICRA.pdf}