Samonaprawiające się miękkie roboty wskazują drogę do zrównoważonego rozwoju
Robotyka wkracza w erę transformacji dzięki integracji innowacyjnych materiałów. Materiały te zapewniają unikalne właściwości, takie jak samonaprawianie i zdolność adaptacji, umożliwiając w ten sposób robotom naśladowanie systemów biologicznych. Dzięki wsparciu programu działania „Maria Skłodowska-Curie” projekt SMART wytycza ścieżki w tej innowacyjnej dziedzinie — zajmuje się rozwojem robotyki miękkiej, która łączy inteligentne, reagujące na bodźce materiały z najnowocześniejszymi systemami projektowania i kontroli.
Poradzić sobie z wyzwaniami nowoczesnej robotyki
Tradycyjne systemy zrobotyzowane często mają problemy związane z przewymiarowaniem i stopniem złożoności, przez co powstają ciężkie i zbyt duże konstrukcje, których utrzymanie jest kosztowne i wymagające. Co więcej, takie systemy z trudem radzą sobie w środowiskach dynamicznych, w których do zapewnienia skutecznej interakcji potrzebne są miękkie, elastyczne tworzywa. „Integracja samonaprawiających się materiałów z robotyką miękką wiąże się ze sporymi wyzwaniami, w tym zapewnieniem, że takie materiały zachowają swoje właściwości mechaniczne, jednocześnie będąc nadal zdolne do samonaprawy” — wyjaśnia Bram Vanderborght, koordynator projektu SMART i profesor na Vrije Universiteit Brussel i imec. W celu poradzenia sobie z tymi problemami projekt SMART stawia na współpracę interdyscyplinarną. Naukowcy zajmujący się materiałami i robotycy wspólnie opracowali polimery, w których zachowana jest równowaga między miękkością a trwałością, co umożliwia szybsze naprawianie się w temperaturze pokojowej. Materiały te zostały spójnie zintegrowane z zaawansowanymi technologiami wykrywania i uruchamiania, dzięki czemu powstały w pełni autonomiczne systemy robotyczne zdolne do wykrywania i naprawy uszkodzeń, w czym naśladują procesy biologiczne zachodzące w organizmie ludzkim.
Ukierunkowanie na bardziej ekologiczne i zrównoważone rozwiązania
Głównym tematem projektu SMART był zrównoważony rozwój. Naukowcy uznali za priorytet wykorzystanie bardziej ekologicznych metod chemicznych w celu minimalizacji wpływu środowiskowego, co zgodne jest z ogólnoświatowymi staraniami na rzecz gospodarki o obiegu zamkniętym. Jak zauważa Vanderborght: „Samonaprawiające się polimery opracowane w ramach projektu SMART wydłużają cykl życia systemów zrobotyzowanych i znacznie zmniejszają ilość odpadów”. Dzięki współpracy z przemysłem udało się zagwarantować, że materiały te spełniają praktyczne wymagania, a jednocześnie przybliżają do realizacji celów zrównoważonego rozwoju. W wyniku tego uzyskano komplet materiałów przyjaznych środowisku i opłacalnych dla przemysłu.
Wykorzystanie zalet sztucznej inteligencji i uczenia maszynowego do inteligentnego sterowania
Sztuczna inteligencja (AI) i uczenie maszynowe (ML) odegrały istotną rolę w zwiększaniu możliwości systemów robotycznych opracowanych w ramach projektu SMART. Algorytmy wykorzystujące sztuczną inteligencję zostały wykorzystane do monitorowania stanu konstrukcji i wykrywania uszkodzeń, a modele ML pomagały przewidywać reakcje materiałów na bodźce. Dzięki tym technologiom roboty mogły poruszać się w dynamicznych środowiskach i samodzielnie radzić sobie z uszkodzeniami, co pozwoliło na optymalizację ich wydajności i funkcjonalności. Szkolenie nowego pokolenia innowatorów Działania w ramach projektu SMART skupiały się również na budowaniu kapitału ludzkiego. W czasie jego trwania przeszkolono 15 naukowców na wczesnym etapie kariery (ESR) w ramach multidyscyplinarnego programu obejmującego materiałoznawstwo, robotykę i współpracę z przemysłem. Szkolenie w zakresie umiejętności przekrojowych wyposażyło początkujących naukowców w kompetencje takie jak komunikacja, tworzenie sieci kontaktów i rozwiązywanie problemów, a oddelegowania zapewniły praktyczne doświadczenie łączące badania akademickie z potrzebami przemysłu. „Oddelegowanie pozwoliło wypełnić lukę pomiędzy badania akademickimi a potrzebami przemysłu, wyposażając naukowców zarówno w umiejętności techniczne, jak i miękkie” — podkreśla Fatma Demir, kierowniczka projektu SMART. Starania te przygotowały nowe pokolenie naukowców do stania na czele przyszłych postępów w zrównoważonej robotyce. Kształtowanie przyszłości robotyki Przełom osiągnięty w ramach projektu SMART obiecuje istotne korzyści społeczno-gospodarcze i środowiskowe. Potencjalne zastosowania obejmują zarówno opiekę zdrowotną, jak i automatykę przemysłową, w przypadku których roboty muszą pracować w wymagających warunkach. Projekt przyczynia się do większej wydajności i zrównoważonego rozwoju poprzez wydłużenie żywotności systemów robotycznych i zmniejszenie kosztów ich utrzymania. Utworzenie Valence Technologies, firmy spin-off z konsorcjum SMART, jest przykładem przekształcenia wyników badań w rozwiązania gotowe do wprowadzenia na rynek. Projekt SMART stworzył innowacje w dziedzinie robotyki miękkiej, które zmniejszają zużycie zasobów i wspierają dobrze prosperujący rynek zrównoważonych technologii. Dzięki tym postępom systemy robotyczne mogą działać samodzielnie w złożonych środowiskach, rewolucjonizując branżę przy jednoczesnej minimalizacji wpływu na środowisko. Projekt SMART ustanowił wzorcowy przykład integracji zaawansowanych materiałów, systemów inteligentnych i zrównoważonego charakteru dla dziedziny robotyki. Osiągnięcia projektu SMART stanowią odpowiedź na bieżące wyzwania oraz podwaliny pod przyszłość, w której roboty pracują harmonijnie w środowiskach dynamicznych i systemach złożonych.
Słowa kluczowe
SMART, zrównoważony rozwój, robotyka miękka, samonaprawiające się materiały, AI, ML, materiały reagujące na bodźce, bardziej ekologiczna chemia, automatyka przemysłowa
