سافت رباتیک چیست؟ کجاها کاربرد دارد؟

در این مقاله قصد داریم درباره سافت رباتیک توضیحاتی ارائه کنیم. زمینه رباتیک، نقطه تلاقی علم، مهندسی و فناوری است که ماشین‌هایی به نام ربات تولید می‌کند که جایگزین (یا تکرار) اعمال انسان می‌شوند. رباتیک می تواند به اشکال مختلفی باشد.

تصویر1: همپوشانی علم رباتیک و شاخه های فرعی آن، بخصوص در مبحث بازوهای رباتیک.

امروزه، صنعت رباتیک از ربات های صنعتی (سنتی و صلب) بهره می برد. کاربردهای معمول این ریات ها شامل جوشکاری، رنگ آمیزی، مونتاژ، جداسازی، چیدن و قرار دادن اجسام سفت و سخت در یک مکان مناسب، بسته بندی و برچسب گذاری، پالت سازی، بازرسی محصول و آزمایش است. آنها می توانند در جابجایی مواد نیز به صاحبان صنایع کمک کنند.

تصویر2: تعامل ایمن و تطبیق پذیر یک ربات نرم با موجود زنده.

کاربرد ربات های سنتی چیست؟

از ربات های سنتی و صلب عمدتاً جهت انجام کارهای برداشتن-گذاشتن (Pick & Place) و جابجایی (Manipulation) استفاده می گردد. به دلیل فضاهای کوچک و محدود در بسیاری از کاربردها، استفاده از ربات های رباتیک سنتی، غول‌پیکر و سفت و سخت (ربات‌های سنتی) چالش‌برانگیز و به نوعی غیرممکن است. از طرف دیگر، ربات های صنعتی معمولی (سنتی و صلب) برای انجام کارهای برداشتن-گذاشتن (Pick & Place) و جابجایی (Manipulation)  اجسام ظریف و نرم مناسب نیستند، زیرا به راحتی به اجسام مذکور آسیب می رسانند. مثلا، برای انجام وظیفه برداشتن یک کیک خامه ای از یک ظرف و گذاشتن آن در ظرفی دیگر، کاملا ناامیدکننده و ناکارآمد هستند و براحتی به جسم یا محصول مورد نظر آسیب می رسانند.

ربات های سنتی و صلب به دلیل بدنه سفت و سخت در تعامل با انسان و همچنین در محیط های بدون ساختار و یا درهم و برهم پر از موانع دچار مشکل می شوند. بعبارت دیگر، آنها سنگین و غیر قابل انعطاف هستند و در نتیجه نمی توان آنها را در محیط های پیچیده و بدون ساختار به کار برد. علاوه بر این، ربات های سفت و سخت بسیار گران هستند و در نتیجه استفاده از آنها مقرون به صرفه نیست. همچنین مراحل نگهداری، عیب یابی و تعمیر ربات های مذکور پیچیده، زمان بر، انرژی بر و پرهزینه است.

تصویر3: حمل یک شی ظریف (کیک/شیرینی) توسط یک ربات نرم (یک گریپر نرم) بدون تخریب ساختار محصول و صدمه زدن به آن.

با سافت رباتیک آشنا شوید

سافت رباتیک یا رباتیک نرم و سبک زیر شاخه ای از علم رباتیک است که در حال حاضر یک صنعت جدید و تازه است. سافت رباتیک بجهت ناکارآمد بودن ربات های سنتی و صلب بدلایل فوق الذکر، و همچنین جهت تعامل ایمن با محیط کم کم پا به عرصه وجود گذاشت (تصویر2). یک دلیل مهم دیگر که منجر به پیدایش سافت رباتیک شد، این بوده است که پس از گذشت دهه ها استفاده و بهره گیری از ربات های صنعتی، خلاء استفاده از ربات ها در خانه ها، کارهای روزمره، و بطور کل جهت بهره گیری از ربات ها در محیط هایی خارج از صنایع احساس شد.

تصویر 4: یک گریپر نرم رباتیک. (معرفی شده توسط مجله Nature Materials)

ربات‌های نرم عمدتاً از موادی مانند سیالات، ژل‌ها و الاستومرها که به راحتی قابل تغییر شکل هستند، تشکیل شده‌اند که می‌توانند با مواد خاصی مطابقت داشته باشند. ربات‌های نرم از بدنه‌های نرم یا بخش‌های انعطاف‌پذیر (لینک ها) بهره می‌برند و به صورت غیرفعال (بدون موتورهای سنگین، درایورهای پیچیده و سیستم کابلی) کار می‌کنند. آنها ارزان، کوچک و سبک وزن هستند. عیب یابی، نگهداری و تعمیر آنها کاملاً ساده است. به لطف ماهیت نرم و انعطاف پذیری که دارند، می توان از آنها برای انجام کارهای برداشتن-گذاشتن (Pick & Place) و جابجایی (Manipulation) اشیاء نرم و ظریف بهره برد (تصویر3).

آنها همچنین به سادگی در محیط های پیچیده مانند محیط های پر از موانع و فضاهای کاری کوچک براحتی با محیط تطبیق پیدا کرده و وظایف خود را انجام می دهند. ربات های نرم دارای ساختار نرم و درجات آزادی زیادی هستند که آنها را برای مقابله با مسائل ذکر شده، توانمند می سازد. ربات‌های نرم مزیت بیشتری نسبت به همتایان صلب خود دارند، زیرا مقاومت کمی در برابر نیروهای فشاری ایجاد می‌کنند و بنابراین می‌توانند با موانع مطابقت داشته باشند. همچنین، به لطف بدنه نرم، آنها می توانند محموله های نرم و شکننده را بدون ایجاد آسیب، حمل کنند.

تعریفی متفاوت از سافت رباتیک

سافت رباتیک یا همان علم ربات های نرم و سبک، شاخه ای ا ز علم رباتیک است که به طراحی و ساخت ربات های نرم و سازگار با بخش ظریف و زنده طبیعت می باشد. بعبارت دیگر، هدف اصلی رباتیک نرم، بهره‌برداری از ربات‌هایی است که برخلاف ربات‌های سنتی، سازگار و قادر به تعامل امن با بخش زنده محیط هستند. ربات های نرم مکانیزم های رباتیکی هستند که عمدتا از مواد نرم تشکیل شده و قادر به رفتار مستقل هستند.

ساختار ربات‌های نرم عمدتاً از محرک‌های نرمی تشکیل شده است که معمولاً در ساختار ربات تعبیه شده، ادغام می‌شوند و در سراسر ساختار ربات توزیع می‌شوند. تغییر شکل ناشی از فعال شدن یک محرک نرم با هندسه و مکانیزم حرکتی متناسب، عملکرد، کرنش، و همچنین مکانیسم تحریک آن تعریف می شود.

هدف استفاده از رباتیک چیست؟

یکی از اهداف اصلی رباتیک نرم این است که ربات ها بتوانند وظایف خود را در محیط های غیرقابل پیش بینی و بدون ساختار انجام دهند. این امر با اعطای مواد مناسب و همچنین ساختار هندسی آنها، امکان پذیر خواهد بود. مورد دیگر این است که ربات‌های نرم را با بهره‌برداری از هوش مکانیکی مواد نرم فراهم کنیم. برای اکثر ربات های نرم، ایجاد تغییرات سفتی (Variable Stiffness Mechanism) در بدن آنها در تعامل با اجسام (نرم) و همچنین محیط از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. این قابلیت ربات‌های نرم را قادر می‌سازد تا نیروهایی را که مستقیماً به بدن اجسام وارد می‌شود، کنترل کنند. ربات های نرم معمولا ساختارهای ناهمگن با شرایط مرزی پیچیده دارند.

ویدیو 1

بهره وری انرژی یکی از شایستگی های بزرگ ربات های نرم است. در کارهایی که با مواد شیمیایی و ماشین آلات (سنگین) انجام می شود، ربات های نرم در مقایسه با همتایان سفت و سخت خود، قابل اعتمادتر هستند. به عنوان مثال، در جمع آوری بیشتر محصولات کشاورزی به صورت دستی، گریپرهای فلزی به محصول آسیب می رسانند. اما راهکار مناسب و ایده آل، بهره گیری از گریپرهای رباتیک نرمِ خود انطباق با مکانیزم سفتی متغیر در این گونه کاربردها می باشد.

ویدیو 2

اندازه یک ربات نرم یک پارامتر طراحی چالش برانگیز است که دلیل آن ماهیت نرم موادی است که عمدتاً در بدنه ربات استفاده می شوند. ساختارهای نرم با افزایش اندازه، تحت وزن خود تغییر شکل می دهند که این مساله در طراحی مهندسی، یک پارامتر جدی و چالش برانگیز است.

سافت رباتیک و سافت-میکر

ما سافت-میکر را در اردیبهشت 1400 در ایران تأسیس کردیم. ما یک شرکت دانش بنیان (استارت آپ) هستیم که بر مفهوم‌سازی، طراحی، بهینه‌سازی و ساخت ربات‌های نرم کاربردی، جدید، ارزان و کارآمد (هیبریدی) تمرکز کرده است. شرکت ما دارای سه نوع محصول رباتیک نرم، از جمله بازوهای رباتیک انعطاف‌پذیر، گیره‌های (گریپر) نرم، و محرک های (اکچوئیتور) نرم هستیم.

تصویر 5: بازوی رباتیک انعطاف پذیر محصول شرکت سافت-میکر

محصول اصلی ما که یک بازوی رباتیک انعطاف پذیر (تصویر 5) است در حالی که هیچ اجزای غول پیکری از جمله موتورها، درایوهای الکتریکی، سیستم های کابلی و غیره ندارد. از طریق یک سیستم تحریک پنوماتیکی، می تواند فضای کاری خود را از طریق کشش طولی و حرکات خمشی (مانند خرطوم فیل) به طور جداگانه و یا همزمان به لطف ساختار خاص خود گسترش دهد. به طور پیش فرض دارای دو لینک انعطاف پذیر است که از مواد نرم و انعطاف پذیر ساخته شده اند. با پیاده سازی یک طراحی کارآمد، یک گریپر (نرم) نیز می تواند بر روی نوک ربات (بازوی رباتیک) ما نصب شود.

ویدیو 3

محصولات ما را می توان در بسیاری از کاربردها بکار گرفت. به عنوان مثال، بازوی رباتیک انعطاف‌پذیر را می‌توان در بازرسی‌ها، فرآیندهای نگهداری و تعمیر، سیستم‌های امداد، ربات‌های متحرک و هیبریدی، خطوط تولید، حفاری‌ها، اکتشافات اعماق دریا و کارهای خطرناک جهت انجام جابجایی (Manipulation)، استفاده کرد. گریپر نرم را می توان در چیدن و قرار دادن اشیاء نرم و ظریف (Pick & Place)، از جمله خطوط خودکار برای جداسازی و چیدمان میوه ها، قطعات الکترونیکی، بسته بندی مواد غذایی و خوراکی نرم، به عنوان دستگاه های رباتیک پروتز، دستگاه های رباتیک پوشیدنی، آزمایشگاه های صنعتی و خطوط تولید و غیره استفاده کرد.

درباره سافت-میکر

سافت-میکر از یک تیم خلاق که هر یک از اعضای تیم استعدادی در طراحی دستگاه های هوشمند دارند، بهره می برد. ما با بهره گیری از تیمی خلاق، متقابل، مجرب، با دانش، موفق به تولید و توسعه محصولات رباتیک نرم خود شده ایم. در حال حاضر با استفاده از بازخورد ارائه شده از سوی مشتریان، کیفیت محصول خود را به طور مداوم افزایش می دهیم. علاوه بر این، ما در حال بازاریابی برای گسترش دامنه مشتریان خود هستیم. اگرچه محصولات فعلی ما یک بسته کامل و همه کاره برای ارائه به مشتریان بالقوه است، ما برنامه هایی برای طراحی و ساخت چند محصول رباتیک نرم جدید در آینده نزدیک داریم.

برخلاف ربات‌های سفت و سخت (ربات‌های سنتی)، محصولات ما ارزان، قابل تنظیم، ساخت آسان، قابل تنظیم، بدون تعمیر و نگهداری و همه‌کاره هستند. آنها قادر به کار در فضاهای کوچک و محیط های پیچیده/بدون ساختار هستند. آنها همچنین سازگار هستند و به راحتی می توانند به طور ایمن با انسان تعامل داشته باشند. آنها همچنین می توانند در دستکاری ها و چیدن و قرار دادن اشیاء نرم و ظریف استفاده شوند.

ویژگی های محصول

عملاً، محصول اصلی ما در صورت لزوم طول اولیه خود را افزایش می دهد، که از نظر فنی یک ویژگی برجسته است که قابلیت های ربات را در بسیاری از برنامه های کاربردی در دنیای واقعی به طور قابل توجهی افزایش داده است. این می تواند با یک سیستم کنترل ساده در کاربردها (از جمله بازرسی، فرآیندهای نگهداری و تعمیر، سیستم های امداد، ربات های متحرک، حفاری ها، معدن، اکتشاف در اعماق دریا، اکتشاف فضا و غیره) و در خطوط تولید، جایی که دسترسی محدود است، کار کند. . محصول(های) ما همچنین می تواند در بسیاری از کارهای خطرناک و حتی برای توانبخشی انسان و حیوانات استفاده شود. این بدین معنی است که محصولات ما فواید زیادی در جهت ایمنی و سلامت کاربران و اپراتورها ارائه می دهند.

علاوه بر این، آنها به صورت پنوماتیک (بدون روغن، موتورهای غول پیکر، درایوها، مکانیزم های کابلی و غیره) کار می کنند – یک سیستم فعال سازی سازگار با محیط زیست – که یک مزیت قابل توجه نسبت به ربات های سنتی است. مزیت برجسته دیگر محصولات ما این است که به طور جامع می توان آنها را به عنوان یک بسته کامل برای انجام کارهای برداشتن-گذاشتن (Pick & Place) و جابجایی (Manipulation) در نظر گرفت.

کاربردهای دیگری از ربات های نرم را می‌توانید در ویدیو های زیر مشاهده کنید.

ویدیو 4

ویدیو 5

مقاله های منتشر شده تیم ما

1. مقاله علمی چاپ شده توسط انتشارات IOP انگلستان

2. مقاله علمی چاپ شده توسط انتشارات Springer Nature

3. مقاله علمی چاپ شده در انتشارات IEEE

4. مقاله علمی چاپ شده در انتشارات IEEE

5. مقاله علمی چاپ شده در انتشارات IEEE

ما را در شبکه اجتماعی لینکداین (LinkedIn) دنبال کنید.