Smart handske til Industry 4.0:Forbinder den fysiske hånd til den virtuelle verden

Forskere ved Saarland University har skabt en ultratynd fleksibel film, der kan fungere som en sensor for innovative teknologier. Integreret i en handske, den nye sensoriske film kan kommunikere den aktuelle position af bærerens hånd og fingre. Ved at etablere en direkte forbindelse mellem den virtuelle og den virkelige arbejdsverden, mand og maskine kan, helt bogstaveligt, arbejde hånd i hånd. Det har forskerholdet ledet af professor Stefan Seelecke opnået gennem brug af smarte silikonefilm. Et andet mål med forskningsarbejdet er at hjælpe handskebæreren ved at transmittere taktile signaler såsom pulser eller vibrationer, som frembringes af polymerfilmen.

Teamet af ingeniører vil være på Hannover Messe fra den 1. til den 5. april på Saarland Research and Innovation Stand (Hal 2, Stand B46), hvor de vil fremvise prototypehandsken og lede efter partnere, som de kan udvikle teknologien med til praktiske anvendelser.

En montageoperatør opdager, at de har brugt den forkerte komponent, og derfor skal de nu skille alt, hvad de tidligere havde samlet. Dette tager tid og resulterer i produktionsforsinkelser. Hvis bare computeren havde været i stand til at markere fejlen, mens operatøren tog komponenten fra lagerbeholderen. Men computeren var fuldstændig uvidende om fejlen. Nu, takket være en smart handske udviklet af et team af ingeniører ledet af Stefan Seelecke ved Saarland University, disse oplysninger kan gøres tilgængelige for computersystemet. I kombination med smarte briller, handsken kan give personlig assistance til samlebåndsarbejdere eller serviceteknikere, hvis job det er at samle eller reparere komplekse enheder eller systemer – og dermed undgå potentielt dyre fejl.

Forskerne har taget en ultra letvægts, meget fleksibel film lavet af en elastisk polymer og har forvandlet den til et tilpasningsdygtigt sanseorgan til en række tekniske anvendelser. Ved at fore en handske med polymerfilm, de kan skabe et menneske-maskine-interface uden behov for tunge sensorer eller kameraer – det hele gøres med en ultratynd plastikfilm, som ikke mærkes af bæreren, og som ikke begrænser dem, når de udfører deres arbejde.

'Den film, vi bruger, er kendt som en dielektrisk elastomer. Og handsken fungerer i det væsentlige som en fleksibel sensor, ' forklarer professor Stefan Seelecke, der leder forskerhold ved Intelligent Material Systems Lab ved Saarland University og ved ZeMA (Center for Mechatronics and Automation Technology) i Saarbrücken. Et elektrisk ledende materiale er trykt på begge sider af silikonefilmen. Når en spænding påføres filmen, de resulterende elektrostatiske tiltrækningskræfter får filmen til at komprimere, forlænger filmen sideværts og dermed øger dens overfladeareal, hvilket igen ændrer filmens elektriske kapacitans. Denne egenskab omdanner effektivt filmen til en sensor. 'Vi kan tildele en præcis elektrisk kapacitansværdi til enhver bestemt position af filmen, ' forklarer Steffen Hau, en ph.d. ingeniør, der arbejder i Seeleckes team.

Ingeniørerne ved derfor til enhver tid, hvordan en finger strækker sig, trække eller komprimere filmen. Ved hjælp af algoritmer, holdet er i stand til at beregne disse bevægelsessekvenser i en kontrolenhed og derefter behandle resultaterne med en computer.

Til næste fase af udviklingsprocessen, forskerne ønsker at sætte handsken i stand til at kommunikere direkte med brugeren, ved hjælp af taktile signaler, såsom pulser eller vibrationer, det ville kunne mærkes af bærerens fingre. 'Computeren kunne så sende, for eksempel, et pulserende signal til operatørens fingerspidser for at fortælle dem "Du har taget den forkerte komponent", eller et vibrerende signal for at bekræfte "Det er den rigtige komponent", ' forklarer Steffen Hau.

Den tynde silikonefilm er ikke bare en sensor, den kan også laves til at pulsere eller vibrere efter behov eller til at antage enhver påkrævet form. Forskerne kan præcist styre deres silikonefilm og kan løbende variere frekvensen af ​​dens bevægelse efter behov, fra højfrekvente vibrationer ned til en langsom pulserende eller bøjelig bevægelse. Denne meget responsive film kan i fremtiden bruges til at forhindre, at montageoperatører eller teknikere vælger den forkerte komponent fra sortering af beholdere.