Robotika šiandien yra viena sparčiausiai augančių technologijų sričių pasaulyje, tačiau kartu ji kelia vis daugiau saugumo ir patikimumo klausimų. Kaip užtikrinti, kad robotai galėtų veikti greta žmogaus be rizikos? Būtent tokius sprendimus KTU siekiama įgyvendinti kuriant robotinę ranką su skaitmeniniu dvyniu.
Robotika šiandien yra viena sparčiausiai augančių technologijų sričių pasaulyje, tačiau kartu ji kelia vis daugiau saugumo ir patikimumo klausimų. Kaip užtikrinti, kad robotai galėtų veikti greta žmogaus be rizikos? Būtent tokius sprendimus Kauno technologijos universitete (KTU) siekiama įgyvendinti kuriant robotinę ranką su skaitmeniniu dvyniu.
Robotinės rankos skaitmeninio dvynio konceptas
„Skaitmeninis dvynys – tai virtualus roboto antrininkas; tikslus kompiuterinis modelis, atspindintis realaus objekto struktūrą, judėjimą ir veikimą. Skaitmeniniame dvynyje galima stebėti, analizuoti ir simuliuoti robotinės rankos elgseną, jos judesių trajektorijas, apkrovas bei valdymo logiką dar prieš pradedant fizinio prototipo gamybą“, – pasakoja KTU Mechanikos inžinerijos ir dizaino fakulteto (MIDF) docentė dr. Sigita Urbaitė.
Pasak jos, būtent tokiai koncepcijai įgyvendinti pasirinkta robotinė ranka – vienas universaliausių, tačiau kartu ir sudėtingiausių robotikos elementų. Ji suteikia galimybę tirti judesių tikslumą, koordinaciją, mechanikos ir valdymo sistemų sąveiką bei žmogaus judesių imitavimo principus. Tokia sistema ypač tinkama skaitmeninio dvynio koncepcijai, nes jos veikimą galima aiškiai modeliuoti, analizuoti ir tiesiogiai palyginti su realiu fiziniu prototipu.
Inžineriniai sprendimai virtualioje aplinkoje
2025 m. KTU MIDF, bendradarbiaujant su viena didžiausių pasaulyje Prancūzijos 3D programinės įrangos kūrėjų „Dassault Systèmes“, buvo atidarytas Skaitmeninio modeliavimo kompetencijų centras (angl. 3DEXPERIENCE EDU Center of Excellence). Pagrindinė šio centro vizija – stiprinti skaitmeninės inžinerijos, virtualaus projektavimo ir pramonėje taikomų pažangių technologijų kompetencijas.
Centras skirtas integruoti modernias skaitmeninio modeliavimo, simuliacijos ir skaitmeninių dvynių technologijas į studijų procesą, mokslinius tyrimus ir praktinių projektų veiklas, glaudžiai siejant teorines žinias su realiais pramoniniais sprendimais. Būtent ši vizija – kurti, testuoti ir tobulinti inžinerinius sprendimus virtualioje aplinkoje dar prieš jų fizinį įgyvendinimą – tapo pagrindu ir impulsu robotinės rankos skaitmeninio dvynio projekto idėjai atsirasti.
„Džiugu, kad pavyko laimėti Lietuvos mokslo tarybos (LMT) finansuojamą projektą „Studentų tyrimai semestro metu“, kurio metu KTU MIDF Mechatronikos studijų programos antro kurso studentas Aldas Marcinkus turi galimybę įgyvendinti robotinės rankos skaitmeninio dvynio ir fizinio prototipo kūrimo projektą“, – dalijasi S. Urbaitė.
KTU studentas šio projekto metu skaitmeninį dvynį kuria naudodamas pažangią skaitmeninę platformą „3DEXPERIENCE“, kuri vienoje aplinkoje integruoja visus projektavimo, modeliavimo ir simuliacijos procesus. Tai leidžia jam efektyviai valdyti projektavimo etapą ir užtikrinti glaudų ryšį tarp skaitmeninio dvynio ir realaus prototipo.
Atkartoja žmogaus judesius
Projektą vykdantis A. Marcinkus pasakoja, kad fizinis robotinės rankos prototipas kuriamas pasitelkiant adityviąją gamybą – 3D spausdinimą. Ši technologija leidžia greitai pagaminti ir surinkti detales, o prireikus – operatyviai koreguoti atskirus komponentus. Toks sprendimas užtikrina lankstumą ir sudaro galimybes sistemą pritaikyti tiek moksliniams tyrimams, tiek studijų procesui.
„Skaitmeninio dvynio kūrimui ir testavimui projekte naudojamas „3DEXPERIENCE“ platformos modulis „DELMIA Robotics“, kuris leidžia atlikti funkcinius ir dinaminius bandymus dar prieš pagaminant fizinį prototipą. Čia modeliuojamas roboto judėjimas, analizuojamos trajektorijos, apkrovos bei valdymo sprendimai trimatėje aplinkoje“, – aiškina jis.
Platformoje galima valdyti roboto pozicijas, apskaičiuoti grandžių greičius ir pagreičius, planuoti trajektorijas, parinkti valdiklius bei programuoti atliekamas užduotis. Visi sprendimai pirmiausia išbandomi virtualiai, taip sumažinant klaidų tikimybę ir optimizuojant fizinio modelio kūrimo procesą.
„Šiame projekte robotinė ranka neveikia autonomiškai – ji tiesiogiai atkartoja žmogaus judesius. Judesių sekimo pirštinė fiksuoja rankos padėtį ir kampus, o duomenys realiuoju laiku perduodami robotui, užtikrinant sklandų ir tikslų judesių atkūrimą“, – sako A. Marcinkus.
Jis pabrėžia, kad šiame etape dirbtinio intelekto ar savarankiško mokymosi algoritmai nenaudojami – sistema orientuota į stabilų ir patikimą valdymą. Ateityje tokie sprendimai galėtų būti plečiami pažangesnėmis funkcijomis, tačiau šio projekto prioritetas – tikslus žmogaus judesių atkartojimas ir saugus veikimas.
Galimas taikymas medicinoje ir reabilitacijoje
KTU mokslininkės S. Urbaitės teigimu, šiandien robotikos rinka yra viena sparčiausiai augančių sričių pasaulyje. Šiuolaikinėje pramonėje robotai plačiai taikomi įvairiuose gamybos sektoriuose – nuo didelio našumo automobilių kėbulų gamybos linijų iki aukšto tikslumo sprendimų aviacijos, kosmoso ir gynybos pramonėje, taip pat lengvų robotų, skirtų surinkimo ir kitoms precizinėms operacijoms atlikti.
„Ši technologija turi didžiulį potencialą ir ateityje galėtų būti pritaikoma įvairiose srityse. Viena reikšmingiausių krypčių – medicina, kur robotinės sistemos gali padėti atlikti nuotolines operacijas ar procedūras, suteikdamos gydytojams galimybę dirbti su pacientais fiziškai nebūnant toje pačioje vietoje“, – pastebi ji.
KTU studentas A. Marcinkus taip pat atkreipia dėmesį, kad kita svarbi taikymo sritis – reabilitacija, kur tokios robotinės rankos galėtų tapti moderniais terapiniais įrenginiais, padedančiais atkurti žmogaus motorikos funkcijas, stebėti paciento pažangą ir taikyti individualizuotas treniruočių programas. Kasdienėje buityje tokie sprendimai galėtų veikti kaip pagalbiniai įrenginiai žmonėms su negalia ar ribotu judrumu, suteikdami jiems daugiau savarankiškumo ir prisidėdami prie geresnės gyvenimo kokybės.
„Ši technologija reikšmingai priartina mus prie realaus žmogaus ir roboto bendradarbiavimo. Bendradarbiaujantys robotai (angl. cobots) jau šiandien taikomi įvairiose pramonės šakose, o tokie projektai kaip robotinė ranka su skaitmeniniu dvyniu dar labiau praplečia šių sprendimų galimybes“, – teigia A. Marcinkus.
Jis pažymi, kad tokios sistemos leidžia robotams ne tik vykdyti iš anksto užprogramuotas funkcijas, bet ir realiuoju laiku reaguoti į žmogaus veiksmus, juos tiksliai atkartoti bei saugiai dirbti šalia žmogaus.
