✅Десять робототехнических технологий года

 

Технологии робототехники

В этой статье мы определяем 10 захватывающих разработок и технологий в области робототехники, начиная от оригинальных исследований, которые могут изменить будущее робототехники и заканчивая коммерческими продуктами для фундаментальной науки и   промышленных и медицинских инноваций.

1. Атлас Бостон Дайнемикс занимается паркуром.	Производительность 1,5-метрового 75-килограммового Atlas продолжает удивлять нас, перепрыгивая через бревно на одной ноге во время бега трусцой и перепрыгивая через деревянные ящики без перерыва в темпе. Эти навыки дополняют ходьбу по сложной местности, удержание равновесия при нарушении, вставание, подъем предметов и манипулирование ими, а также выполнение сальто назад, как у гимнаста (1). Команда Марка Райберта Boston Dynamics остается мастерами роботизированного баланса и движения. Райберт отмечает, что “механическая система обладает собственным разумом, управляемым физической структурой и законами физики”. Atlas использует свою систему видения, чтобы выровняться и измерить расстояние до препятствий паркура. Хотя Райберт признает, что не все испытания могут быть успешно освоены, он надеется, что демонстрации послужат источником вдохновения для того, что роботы могут сделать в ближайшем будущем.
Роботизированная хирургия представляет собой одну из самых важных хирургических инноваций последних лет, и такие процедуры, как радикальная простатэктомия, все чаще выполняются с использованием роботизированного подхода, что подразумевает множество преимуществ. Появляется все больше роботизированных платформ, и рост клинического охвата зависит от того, будут ли в дальнейшем решаться такие вопросы, как экономическая эффективность и барьеры на пути расширения клинической доступности. Компания Da Vinci является пионером и лидером мирового рынка, а компания Intuitive Surgical продолжает расширять границы хирургической робототехники. Благодаря одной 2,5-сантиметровой канюле и небольшому разрезу недавно выпущенная однопортовая система da Vinci позволяет хирургу управлять тремя инструментами, расположенными на запястьях и локтях, в сочетании с шарнирным эндоскопом для глубоких поражений (2).	2. Платформа da Vinci SP от Intuitive Surgical.
3. Мягкий робот, который ориентируется в процессе роста.	Навигация по росту на вершине открывает новое направление для роботов. Представьте, что рост виноградной лозы, нейрона или грибковой гифы можно было бы увеличить, ускорить и сделать управляемым. Исследователи взяли трубку из мягкого материала, которая складывается внутри себя, но под давлением вытягивается наружу, поскольку материал в передней части трубки выталкивается наружу (3). Эта блестящая дизайнерская идея решает несколько грандиозных задач в робототехнике и служит примером использования биоинспирированного дизайна, извлекая общий биологический принцип и используя его в качестве аналогии для продвижения инженерии за пределы того, что возможно в природе. Мягкая роботизированная конструкция позволяет обходить препятствия в сложных, неструктурированных средах, что является перспективным для навигации в трубах и трубопроводах, медицинских устройствах, а также в исследовательских и поисково-спасательных роботах.
Одной из главных задач робототехники является изучение новых материалов и схем изготовления для разработки энергоэффективных, многофункциональных и совместимых приводов. 2018 год ознаменовался множеством новых разработок в этой растущей области исследований в различных дисциплинах. Универсальные жидкокристаллические эластомерные приводы для изменения формы использовались и раньше, но в этой публикации показано, как эластомеры могут быть изготовлены с помощью 3D-печати с использованием высокотемпературной прямой печати чернилами с пространственно запрограммированным нематическим порядком (4). Эти приводы продемонстрировали способность поднимать значительно больший вес, чем другие жидкокристаллические эластомеры, о которых сообщалось на сегодняшний день. Технология обещает дизайн больших площадей и динамичную функциональную архитектуру для мягких роботов.	4. Жидкокристаллические эластомеры с 3D-печатью для мягкой робототехники.
5. Мышечно-миметические, самовосстанавливающиеся и гидравлически усиленные приводы.	Peano-HASEL предлагает мягкий привод, прозрачный и самочувствительный, с регулируемыми линейными сокращениями до 10%, скоростью деформации 900% в секунду и частотой срабатывания 50 Гц (5). Привод использует как электростатические, так и гидравлические принципы для обеспечения линейного сжатия при подаче напряжения без необходимости предварительного растяжения материала или каких-либо жестких рамок. Привод HASEL (самовосстанавливающийся электростатический привод с гидравлическим усилением) (6) является прочным и универсальным, но дешевым в производстве, по словам авторов, которые использовали только простой метод термосваривания с использованием недорогих коммерчески доступных материалов для производства этой многообещающей технологии. Примечательно, что этот привод способен поднимать более чем в 200 раз больше своего веса.
ДНК-оригами может формировать различные формы на наноуровне. Благодаря управлению самособирающейся структурой ДНК-оригами в сочетании с системой защелок, образованных одноцепочечными ДНК, теперь возможно точное наноразмерное перемещение при внешнем перенастраиваемом электрическом поле (7). Эти наноразмерные роботизированные системы могут использоваться параллельно для электрического транспорта молекул или наночастиц на десятки и более нанометров. Робот обеспечивает программируемый синтез и сборку материалов снизу вверх. Его состояние позиционирования также может быть использовано в качестве молекулярно-механической памяти.	6. Самосборный наноразмерный робот из ДНК.
7. Робот-хлопушка DelFly nimble с биоинспирированным дизайном.	Многие роботы с биоинспирированием служат двойной цели, а именно, разрабатывают передовые технологии с практическим применением и раскрывают принципы, используемые природой для создания и программирования живых существ. Здесь мы видим дизайн замечательного, бесхвостого, неуправляемого, автономного, программируемого, небольшого (28 г) летательного аппарата с исключительной маневренностью, способного выполнять перевороты по крену и тангажу на 360 ° с угловыми ускорениями до 5000 ° с−2 (8). Хотя он более чем в 50 раз больше плодовой мушки и не имитирует морфологию или кинематику крыльев какого-либо конкретного естественного летуна, робот может служить новой физической моделью для проверки того, как летающие организмы выполняют управление полетом. Удивительно, но DelFly Nimble смог точно воспроизвести маневры быстрого бегства плодовых мушек даже без явного контроля всех его осей вращения. Мы считаем это парадигмальным примером “науки для робототехники и робототехники для науки” и ожидаем, что это продвинет разработку летающих роботов.
Когда дело доходит до ношения экзоскелета для повседневной жизни, большинство людей не хотят походить на Железного Человека. Легкий, эластичный экзоскелет предлагает новые способы интеграции дизайна ткани, чувствительности, управления роботом и приведения в действие для увеличения силы, равновесия и выносливости пользователя. Потенциальные области применения включают помощь пожилым людям в повышении их мышечной силы, поддержании их мобильности и независимости, а также реабилитацию детей и взрослых с двигательными нарушениями, вызванными инсультом, рассеянным склерозом или болезнью Паркинсона. Оптимизация управления "человек в цикле" дополнительно обеспечивает плавную интеграцию робота с человеком, обеспечивая персонализированные стратегии управления и адаптации (9).	8. Носимый робот в мягком экзоскелете.
9. Универсальные роботы (UR) коботы серии E.	От исследовательских лабораторий до сборочных линий и логистики до хирургического руководства, роботизированные руки UR становятся повсеместными, несмотря на их непритязательный внешний вид. Компания развивает экосистему вокруг своих основных продуктов, и их новый робот для совместной работы серии e, выпущенный в 2018 году, отражает общую тенденцию к совместной автоматизации и обучению на основе практических демонстраций, а не специализированного программирования (10). Благодаря улучшенным функциям безопасности и датчикам силы / крутящего момента мы ожидаем увидеть более интеллектуальные взаимодействия человека и робота в самых разных средах, где роботы смогут беспрепятственно учиться и сотрудничать с людьми-операторами.
Возвращение aibo, игрушечной собаки Sony, впервые представленной почти 20 лет назад, приветствуется многими, и не только из-за ее нового внешнего вида, улучшенного понимания голоса и улучшенной способности учиться у своих владельцев (11). Кроме того, робот был разработан с учетом растущего понимания Sony той роли, которую роботы могут играть в обучении детей или в качестве компаньона для пожилых людей, особенно с нейродегенеративными заболеваниями. Понимание восприятия, взаимодействия и ожиданий людей вокруг робота, а также развитие поведения и личности робота, учитывающих контекст (не зависящих от заранее написанных программ, а также с персонализацией и адаптацией), являются интересными темами в социальной робототехнике.	10 . Aibo от Sony. По материалам сайта science.org