Huvudmeny

Smarta textilier får robotar att röra sig

Robotar som kan känna av en smekning, styras med enkla handrörelser och ha mjuka muskler. Ett femårigt samarbetsprojekt mellan Högskolan i Borås och Högskolan i Skövde har kommit framtiden på spåren.

Design, textil och hållbar utveckling är ett av fyra teman högskolorna emellan som initierades 2013, efter att regeringen utlyst ett utvidgat forskningssamarbete mellan mindre och mellanstora lärosäten i landet (se faktaruta). Det övergripande målet har varit att ”etablera ett öppet, dynamiskt och långlivat ekosystem för forskning, innovation  och utbildning inom smarta textilier”.

Teman för samarbete
Det strategiska forskningssamarbetet mellan högskolorna i Borås och Skövde bedrivs sedan 2013 under fyra teman:

• Vård och välbefinnande.
• Framtidens företagande och nya affärsmodeller.
• Informations- och kommunikationsteknik.
• Design, textil och hållbar utveckling.

Västra Götalandsregionen finansierar de två sistnämnda, övriga två finansieras av högskolorna själva. Samarbetet tar slut sommaren 2018, resultaten presenteras på Högskolan i Borås den 13 juni.

Vincent Nierstrasz är professor i textilteknologi på Högskolan i Borås och ledare för temat, som har fyra forskargrupper involverade i Borås och tre i Skövde.

– Tanken med samarbetet har inte bara varit att stärka forskningen, utan att också se till att resultaten hamnar i undervisningen. Genusbalansen i forskargrupperna har också varit en viktig faktor, säger han.

Samarbetet har fokuserat på två redan starka domäner hos högskolorna: avancerade informationssystem i Skövde och smarta textilier i Borås. I praktiken har det till stor del kommit att handla om ett av de mest omtalade vetenskapliga framtidsområdena: robotar.

Redan 2015 presenterade projektet sina första resultat. Främst handlade  det om roboten Nao som kan styras med hjälp av en handske av smarta textilier, där roboten känner av användarens  rörelser.

Men alla händer passar inte i samma handske – och med snart fem års arbete till ända har forskarna hittat ytterligare ett flertal sätt att kommunicera med  robotar.

Fernando Seoane Martinez, professor i medicinsk teknik på Högskolan i Borås, är ansvarig för en grupp forskare som jobbar på en prototyp av ett armband som kan registrera elektromyografisignaler. Elektromyografi (EMG) är en teknik som används för att mäta den elektriska aktiviteten i muskler. Signalerna plockas upp av intarsiastickade (finmönstrade) textila elektroder i armbandet, och skickas vidare till en elektronisk mottagare som omvandlar signalerna till information.

Forskarteamet har fokuserat på sex grundläggande handrörelser: öppna handen, knyta näven, sträcka ut den, etc. Tanken är att varje rörelse ska motsvara ett kommando till roboten, och genom att kombinera flera rörelser är det möjligt att koda många olika kommandon.

Fernando Seoane Martinez kallar  arbetet grundläggande utforskning av kommunikation mellan människa och robot, men ser möjligheter för framtiden.

– Det handlar om att kunna kontrollera maskiner med enkla rörelser, vilket skulle vara användbart framför allt inom industrin. Kanske skulle man kunna utveckla tekniken så att även andra rörelser än handrörelser kan användas för olika typer av styrning, säger han.

Han är även ledare för en forskargrupp som med hjälp av smarta textilier försöker konstruera syntetisk hud för robotar.

– Folk har alltid velat kommunicera med robotar genom att prata – ingen har varit intresserad av att röra vid dem. Men vi människor uttrycker känslor genom beröring: vi slåss, knuffas, smeker. Om vi ska tillverka humanoida robotar bör de ha känsel, säger Fernando Seoane Martinez.

Det är framför allt inom vården människoliknande robotar är av intresse, där de kan tillföra sociala värden.

– Traditionellt sett har robotar varit gjorda av plast och metall. Men här kan man se dem mer som sällskap än som hushållsmaskiner, säger han.

Lösningen är smarta textilier av ledande garn, med sensorer. Sensorerna kan i nuläget uppfatta sju olika typer av beröring: från små nyfikna fingerpetningar till avvärjande knuffar. Nästa steg är att tillverka ett klädesplagg av väven och integrera det med en robot.

– Utmaningen med de här prototyperna är att hitta funktionella metoder som går att integrera i textilindustrins produktionskedjor. Annars kommer det aldrig vara ekonomiskt försvarbart att tillverka  i större skala, säger Fernando Seoane Martinez.

Hur många signaler de smarta textilierna i Borås än plockar upp är de inte värda  någonting om de inte kan förvandlas till aktioner hos robotarna. Där kommer forskarna i Skövde in i bilden. Med sin expertis inom informationsteknik och materialmekanik är det de som ser till att signalerna kommer till uttryck i maskiner och robotar.

 

Utmaningen med de här prototyperna är att hitta funktionella metoder somgår att integrera i textilindustrins produktionskedjor.

 

Rosana Moriana Torró är universitetslektor i maskinteknik på Högskolan i Skövde och en del av en forskargrupp som tillsammans med kollegorna i Borås arbetar med att framställa syntetiska polymerfibrer som ska agera smarta aktuatorer (ställdon) – med andra ord, något som i slutändan ska kunna fungera som vävda artificiella muskler.

– Det är fortfarande väldigt grundläggande forskning. Det finns inte så mycket publicerad forskning på artificiella muskler, för oss handlar det om att bygga en grund för framtida kunskaper, säger  Rosana Moriana Torró.

Den smarta muskelvävnaden reagerar på temperaturförändringar, och kan expandera eller dra ihop sig. Utmaningen är att anpassa vävnaden till den mänskliga kroppens minimala temperaturskillnader för att i framtiden kunna bygga rörliga proteser. Ett stort användningsområde finns också inom robotiken, och framställningen av så kallade ”mjuka robotar”.

Rosana Moriana Torró är även postdoktor vid Kungliga Tekniska högskolan (KTH) och specialiserad på forskning om polymerer (ämnen av kedjeformiga molekyler), som den smarta väven är konstruerad av. Väven tillverkas i Borås och skickas till Skövde för att simulera aktuationen.

 – Det svåra är att kunna förutsäga exakt hur fibrerna reagerar på olika miljöförändringar. Vi måste förstå hur polymererna fungerar på en molekylär nivå. Vi har lovande resultat med att få dem att dra ihop sig, vi måste bara göra samma sak med utsträckningen, säger Rosana Moriana Torró.

Hon blev en del av projektet under hösten 2017, och tycker att samarbetet med Högskolan i Borås fungerar bra.

– Det känns nödvändigt: vi har expertisen inom karakterisering och Borås inom modellering. Ingen av oss hade kunnat genomföra det här på egen hand.

Samarbetsprojektet avslutas sommaren 2018. Samtliga resultat och prototyper visas upp på en presentation på Högskolan i Borås den 13 juni. Projektledare Vincent Nierstrasz hoppas dock på fortsatt finansiering.

– Jag vill verkligen att det här fortsätter. Det är välinvesterade pengar, spjutspetsverksamhet, och ett unikt samarbete på internationell nivå, säger han.

Även företag i regionen samarbetar i projektet. Till exempel Integrum AB som bistår med EMG-förstärkaren som används till armbandet. Företaget och högskolan har samarbetat i mer än tre år med att utveckla bärbara EMG-sensorer till exempel när det gäller applikationer för att lindra fantomsmärtor.

Forskarna påpekar återkommande att resultaten ännu är på en basal nivå. Men potentialen för robotik och smarta textilier är inte svår att föreställa sig,  enligt Vincent Nierstrasz.

– Vi skissar framtiden, säger han. Robotar kan användas på så många ställen i samhället: inom vården, industrin,  service. Och de kan vara kul! Tänk vad man kan leka med robotar, göra spel med dem. Vad vet jag? Jag är bara en vetenskapsman.

Det är fortfarande svårt att komma ifrån känslan av science fiction när man pratar om robotar?

– Ja. Men det här sker i dag – och det är det som är så häftigt.

Text Christian Naumanen
Foto Anna Sigge

Läs mer om

Det strategiska forskningssamarbetet mellan högskolorna i Skövde och Borås.

Forskningsseminarium om samarbetet mellan högskolorna i Skövde och Borås

Fernando Seoane Martinez

Vincent Nierstrasz

Rosana Moriana Torró (Extern länk)