Un exosquelette intelligent améliore la rééducation du genou

Les blessures au genou nécessitent souvent une rééducation plus longue que prévu, avec des résultats décevants. BELK a créé une solution portable, utilisable à domicile pendant la marche normale et activée uniquement en cas de besoin.

Les blessures au genou, l’un des problèmes articulaires les plus courants, peuvent être causées par le sport, les accidents de la route, les lésions cérébrales, l’arthrite et d’autres maladies dégénératives liées à l’âge.

La rééducation vise généralement à récupérer le degré de flexion du genou mais s’arrête une fois que les 100 º de flexion sont atteints, ce qui ne tient pas compte du schéma de marche et du mouvement naturel du genou.

Le https://www.belkproject.eu/ (projet BELK), soutenu par l’UE, a mis au point un exosquelette «d’assistance au besoin» qui applique un couple proportionnel uniquement lorsqu’un patient s’écarte du modèle de mouvement souhaité préprogrammé. Le dispositif est basé sur un algorithme qui pilote simultanément le programme d’assistance au besoin et sur un réseau d’électrodes d’électrostimulation fonctionnelle (FES pour «functional electro stimulation») qui induit une contraction musculaire.

«Ce contrôle du champ de force avec FES intégrée produit un modèle de marche naturel», explique Carlos Fernandez, coordinateur du projet. «Le système assiste le mouvement uniquement lors d’un étirement, lorsque les patients ne peuvent pas le faire eux‑mêmes, ce qui permet une rééducation plus intentionnelle et intuitive. Aucune alternative commerciale ne propose cela.»

La solution de l’exosquelette à articulation unique

www.gogoa.eu (Gogoa Mobility Robots), l’hôte du projet, a entrepris de mettre au point un dispositif portable de rééducation du genou utilisable à la fois par les kinésithérapeutes et les patients eux‑mêmes, à domicile ou dans la rue. La solution qui en résulte se compose de trois éléments principaux: un exosquelette robotique, une télécommande et un collecteur de données.

Cet exosquelette léger est conçu pour être facilement et rapidement adapté à l’anatomie du patient et peut être utilisé en position couchée, assise ou en marche. Alimenté par une batterie au lithium, pouvant supporter jusqu’à quatre heures de mouvement continu, BELK peut générer jusqu’à 35 Nm (newton mètre) dans l’articulation du genou. L’appareil lui‑même pèse 3 kg et peut être utilisé avec des patients mesurant entre 1,50 m et 1,95 m, et pesant jusqu’à 100 kg.

Utilisant la technologie Bluetooth, la télécommande fonctionne grâce à une application Android installée sur une tablette fournie avec l’appareil. Celle‑ci affiche des alarmes en cas de force excessive, ainsi que l’état de l’appareil, comme la charge restante de la batterie. Les modes de fonctionnement permettent aux utilisateurs de contrôler des paramètres tels que la vitesse, le couple et l’amplitude du mouvement. Un algorithme intègre à l’exosquelette des capacités FES qui modulent la résistance mécanique exercée sur la jambe.

Le collecteur de données affiche les informations fournies par les jauges de contrainte de l’exosquelette et l’encodeur qui mesure l’angle de l’articulation. Elles permettent d’évaluer le processus de rééducation et d’ajuster la configuration du dispositif.

Le système BELK a été soumis avec succès à des essais cliniques dans les hôpitaux de Cruces et de Santiago. Les 20 patients ont déclaré se sentir à l’aise avec le système et ne présenter aucune réaction indésirable. Il a été constaté que les schémas de marche des participants s’étaient améliorés à la fin du traitement, et que la durée de la rééducation avait été réduite de 12 à 9 séances.

«Comme notre solution peut être utilisée à domicile, elle permet d’économiser le temps de déplacement vers un centre de rééducation et le coût associé», ajoute Carlos Fernandez. «De plus, notre système breveté de transmission par câble rend la production rentable, la plaçant à un prix similaire aux alternatives, mais avec des fonctions plus avancées.»

Gogoa attend actuellement que son exosquelette obtienne le https://europa.eu/youreurope/business/product-requirements/labels-markings/ce-marking/index_fr.htm (marquage CE) ainsi que l’autorisation de la part de https://www.aemps.gob.es/?lang=en (l’agence médicale) responsable en Espagne. Ensuite, l’entreprise l’introduira sur le marché européen avant de soumettre des demandes à la https://www.fda.gov/ (Food and Drug Administration) pour le marché américain.

BELK, articulation, blessure, genou, rééducation, exosquelette, portable, marche

Santé

Résultat en bref

Article: classique et amélioré

Éditorial CORDIS

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Les modèles musculo-squelettiques avancés d’une nouvelle plateforme d’IA pourraient accélérer le développement de prothèses et la rééducation post-blessure.

Économie numérique

Santé

Actualités

Article: actualités

Progrès scientifiques

Éditorial CORDIS

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Projet

Fiches d'information du projet

automatisation

productivité

/sciences sociales/économie et affaires/économie/économie de la production/productivité

robotique

/ingénierie et technologie/génie électrique, génie électronique, génie de l’information/ingénierie électronique/robotique

psychologie ergonomique

CORDA

Centrale de données de la recherche RTD

Projet

Fiches d'information du projet

neurobiologie

accident vasculaire cérébral

/sciences médicales et de la santé/médecine fondamentale/neurologie/accident vasculaire cérébral

robotique

CORDA

Centrale de données de la recherche RTD

Projet

Fiches d'information du projet

rhumatologie

/sciences médicales et de la santé/médecine clinique/rhumatologie

physiothérapie

/sciences médicales et de la santé/médecine clinique/physiothérapie

accident vasculaire cérébral

robotique

CORDA

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PRIORITÉ «Défis de société»

Base juridique

Éditorial CORDIS

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Base juridique

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Base juridique

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Thème

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Centrale de données de la recherche RTD


Il robot per la riabilitazione trova lavoro fuori dall’ospedale

Le macchine per la riabilitazione sono efficaci ma spesso limitate ai centri sanitari. Un modello portatile e collegato in rete potrebbe cambiare le cose.

Quasi https://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php/Population_structure_and_ageing (un quinto della popolazione dell’UE) ha oltre 65 anni e si prevede che questo numero aumenterà. Di conseguenza, l’incidenza delle malattie legate all’età è in crescita, con l’ictus che si prevede http://www.strokeeurope.eu/downloads/TheBurdenOfStrokeInEuropeReport.pdf (aumenti del 34 % tra il 2015 e il 2035). Eppure, anche anni dopo la lesione neurologica, il paziente conserva il potenziale per il recupero.

La riacquisizione completa della funzione degli arti in questi pazienti comporta spesso un lungo periodo di neuro-riabilitazione intensiva e personalizzata. Fornire questo trattamento è una sfida per gli operatori sanitari. Il progetto ICone si propone di rispondere a questa esigenza con il primo robot portatile per la riabilitazione.

Migliorare l’accesso ai sistemi robotici è un fattore cruciale per ridurre la disabilità legata all’ictus. La riabilitazione robotica si è dimostrata efficace, ma le macchine più grandi e costose sono appannaggio degli ospedali, e quindi spesso limitate ai pazienti con ictus acuto o subacuto.

Ai pazienti cronici dimessi vengono talvolta offerti videogiochi che mirano a riaddestrare il cervello attraverso il gioco per ottenere il controllo dei movimenti degli arti, ma questo tipo di esercizio è meno efficace. «Finora, nessuna soluzione robotica ha unito l’usabilità di questi giochi all’efficacia della robotica, per fornire una tecnologia da utilizzare dentro e fuori l’ospedale», afferma il coordinatore del progetto ICone, Dino Accoto. «Questo è, in breve, ICone».

Accoto è fondatore e direttore di https://heaxel.com/ (Heaxel), la società tecnologica responsabile del sistema ICone. Il sistema di riabilitazione robotica richiede ai pazienti di manipolare una leva in base alle istruzioni visualizzate su uno schermo davanti a loro. Il fisioterapista è in grado di impostare le caratteristiche tattili della leva in base alle esigenze del paziente.

«Grazie all’interfaccia utente di alto livello, sviluppata in collaborazione con i medici, i terapisti possono inserire tutti i parametri per personalizzare la terapia», spiega Accoto. «Durata, intensità, ripetizioni, assistenza, resistenza: tutti i parametri che normalmente richiedono la regolazione da parte di un programmatore sono accessibili dallo schermo a sfioramento».

Nonostante la macchina possa essere installata nelle case, Accoto dice che i pazienti sono più propensi a utilizzarla in ambienti come case di cura e centri comunitari. Tutti i robot ICone sono collegati a Internet, così da permettere ai terapisti di osservare i progressi del paziente e di regolare a distanza le impostazioni e i piani di terapia in base alle necessità.

Heaxel, con sede in Italia, ha ricevuto il sostegno dell’UE per realizzare uno studio di fattibilità volto a facilitare l’effettiva e rapida commercializzazione del sistema robotico ICone. «Molte volte capita che una tecnologia straordinaria pur essendo molto efficace, non sia accessibile per motivi finanziari o logistici», afferma Accoto. «I finanziamenti ci hanno aiutato a definire un modello di business sostenibile».

I test condotti con il personale medico in Italia e in Spagna hanno aiutato a individuare i miglioramenti necessari per la progettazione e il funzionamento del robot, ponendo le basi per studi più ampi di ICone con i pazienti. «L’ictus è una delle https://www.who.int/medicines/areas/priority_medicines/Ch6_6Stroke.pdf (maggiori cause di disabilità in Europa), si tratta quindi di una sfida sociale», aggiunge Accoto. «Il nostro obiettivo è quello di fare in modo che questo robot sia accessibile al maggior numero possibile di pazienti».

ICone, Heaxel, ictus, riabilitazione, robot, paziente, terapia, arto, neuro

Economia digitale

Salute

Risultato in breve

Articolo: classico ed elaborato

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Redatto da CORDIS

L’apprendimento automatico incontra dita, mani e gomiti per migliorare la terapia robotica

I modelli muscolo-scheletrici avanzati di una nuova piattaforma di IA potrebbero accelerare lo sviluppo di protesi e la riabilitazione post-traumatica.

Economia digitale

Salute

Notizie

Articolo: notizie

Progressi scientifici

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Progetto

Schede informative dei progetti

neurobiologia

ictus

/scienze mediche e della salute/medicina di base/neurologia/ictus

robotica

CORDA

Magazzino dati della ricerca RTS

Progetto

Schede informative dei progetti

automazione

produttività

/scienze sociali/economia e commercio/scienze economiche/economia della produzione/produttività

robotica

ergonomia

CORDA

Magazzino dati della ricerca RTS

Stabilire le regole per robot indossabili più sicuri

Concentrandosi sugli esoscheletri robotici per gli arti inferiori, un nuovo studio esamina le lacune e le incongruenze della normativa più completa oggi disponibile per i robot per l’assistenza personale.

Economia digitale

Salute

Notizie

Articolo: notizie

Progressi scientifici

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Redatto da CORDIS

Progetto

Schede informative dei progetti

intelligenza artificiale

/scienze naturali/informatica e scienze dell'informazione/intelligenza artificiale

software

/scienze naturali/informatica e scienze dell'informazione/software

basi di dati

/scienze naturali/informatica e scienze dell'informazione/basi di dati

robot autonomi

/ingegneria e tecnologia/ingegneria elettrica, ingegneria elettronica, ingegneria informatica/ingegneria elettronica/robotica/robot autonomi

impianti

/scienze mediche e della salute/biotecnologia medica/impianti

CORDA

Magazzino dati della ricerca RTS

Progetto

Schede informative dei progetti

mortalità

fisioterapia

/scienze mediche e della salute/medicina clinica/fisioterapia

modelli aziendali

/scienze sociali/economia e commercio/economia e gestione aziendale/modelli aziendali

ecosistemi

ictus

CORDA

Magazzino dati della ricerca RTS

PRIORITÀ "Sfide per la società"

Base giuridica

Programma: Base giuridica per il finanziamento della ricerca

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Redatto da CORDIS

LEADERSHIP INDUSTRIALE – Innovazione nelle PMI

Base giuridica

CORDIS Editoriale

Redatto da CORDIS

LEADERSHIP INDUSTRIALE - Leadership nel settore delle tecnologie abilitanti e industriali

Leadership in enabling and industrial technologies (LEIT)

Base giuridica

CORDIS Editoriale

Redatto da CORDIS

Argomento

Programma: Parte del programma di lavoro della Commissione per l'attuazione della base giuridica

CORDA

Magazzino dati della ricerca RTS


An exoskeleton-based rehabilitation system for stroke patients

Stroke-induced hemiparesis may be difficult to recover from, but it doesn’t mean affected patients can’t benefit from a little help. Thanks to enhancements brought to an assistive framework initially developed under the MUNDUS project, they can now contemplate exoskeleton-assisted rehabilitation.

Strokes are one of the biggest plagues facing European healthcare: each year, the cost associated to this condition reaches over EUR 62 billion. Patients face long-term disability, and rehabilitation efforts leave the luckiest ones only with incomplete motor recovery.

The main impairments affecting stroke patients include upper limb hemiparesis, as well as – in 60 % of cases – the inability to use their paretic hand in day-to-day activities. These two problems have been specifically addressed by the RETRAINER project, which focused on the task of reaching a position in space (arm rehabilitation) and that of grasping an object (hand rehabilitation).

RETRAINER technology builds upon the outcomes of the FP7-funded project MUNDUS, which addressed multiple degrees of disability and severe motor impairments. The project had exploited different interaction modules to detect the intention of the patient (BCI, eye tracking, EMG) and provide assistance (FES, active motors on exoskeleton).

Besides applying these technologies to a different population, RETRAINER shifts the paradigm from assistance to rehabilitation. The team reduced the variety of interaction modalities and focused on a combination of EMG-based will detection, passive exoskeleton and FES for empowering the rehabilitation process.

“The main request coming from clinicians and patients was to get a system to support its users to move their arm and hand without substituting them. To answer this need for arm rehabilitation, we opted for myocontrolled Neuro Muscular Electrical Stimulation (NMES) to control the arm movement with the support of an exoskeleton,” says Ms Maria Bulgheroni, coordinator of RETRAINER.

NMES exploits the voluntary, residual motor activity of patients to trigger an electrical stimulation that will accompany them in their movement. The patients can therefore fully participate in the rehabilitation exercise with just enough help from the NMES system.

The project’s hand rehabilitation system also capitalises on NMES, but it required a highly tailored system for the wrist and fingers. To get the best results for each patient, RETRAINER used matrices of electrodes that allow for a careful selection of the stimulation point through a ‘virtual electrode’. The project team also devised a set of smart objects to drive the execution of daily functional tasks and help rehabilitate affected body districts.

“Compared to its MUNDUS counterpart, the RETRAINER exoskeleton has been redesigned to be lightweight, easy to mount and to meet the guidelines provided by clinicians. We have redesigned the hand orthosis while taking advantage of additive manufacturing. We’ve also developed a new stimulator and a demultiplexer for the electrode array and added a compact control unit using a commercial low-cost processor. We implemented the volitional EMG detection strategy; and redesigned and empowered interactive objects using the latest devices available in the RF field. All these changes required a huge effort but resulted in great advances,” says Bulgheroni.

Although RETRAINER technology is currently ongoing clinical trials, Bulgheroni says that the preliminary results are very promising for both systems. “The clinical endpoints show a significantly higher improvement in the motor recovery for the patients who used the RETRAINER system, in comparison to the control group of patients. This suggests that the concept and the strategy implemented by RETRAINER positively and significantly contribute to the rehabilitation process of post-stroke patients,” she enthuses.

The consortium is already contemplating the enlargement of the target population from acute and sub-acute patients to chronic patients, who are expected to strongly benefit from the availability of home rehabilitation systems.

RETRAINER, exoskeleton, stroke, recovery, MUNDUS, arm rehabilitation, hand rehabilitation, neuro muscular electrical stimulation, NMES, clinical trial

Health

Result in Brief

Article: Classic and enhanced

CORDIS Editorial

Written by CORDIS

Machine learning meets fingers, hands and elbows for enhanced robotic therapy

A new AI platform’s advanced musculoskeletal models could speed up the development of prosthetics and post-injury rehab.

Digital Economy

Health

News

Article: news

Scientific advances

CORDIS Editorial

Written by CORDIS

Modelling the neuromusculoskeletal system across spatiotemporal scales for a new paradigm of human-machine motor interaction

Project

Project factsheets

neurobiology

stroke

/medical and health sciences/basic medicine/neurology/stroke

robotics

/engineering and technology/electrical engineering, electronic engineering, information engineering/electronic engineering/robotics

Starting Grant

Starting Grant

CORDA

RTD research data warehouse

Socio-physical Interaction Skills for Cooperative Human-Robot Systems in Agile Production

Project

Project factsheets

automation

productivity

/social sciences/economics and business/economics/production economics/productivity

robotics

ergonomics

Research and Innovation action

Research and Innovation action

CORDA

RTD research data warehouse

The aim of the RETRAINER proposal is to tune and validate advanced, robot-based technologies to facilitate recovery of arm and hand function in stroke survivors and to verify extensively the use of the system by end-users. RETRAINER will allow the users to use their own arm...

REaching and grasping Training based on Robotic hybrid AssIstance for Neurological patients: End users Real life evaluation

Project

Project factsheets

media and communications

/social sciences/media and communications

physiotherapy

/medical and health sciences/clinical medicine/physiotherapy

stroke

civil society

/social sciences/political sciences/political policies/civil society

robotics

Innovation action

Innovation action

CORDA

RTD research data warehouse

INDUSTRIAL LEADERSHIP - Leadership in enabling and industrial technologies - Information and Communication Technologies (ICT)

Legal Basis

Programme: Legal basis for research funding

CORDIS Editorial

Written by CORDIS

Advanced interfaces and robots: Robotics and smart spaces

Legal Basis

CORDIS Editorial

Written by CORDIS

Robotics

Topic

Programme: Part of the Commission work programme implementing legal basis

CORDA

RTD research data warehouse

Robotics for people transport

System integration

Robotics for law enforcement

Robotics for civil engineering

Robotic actuators

Robotics for inspection and monitoring

Natural interaction

Robotics for monitoring and security

Mechanical structures of robots

Robotic sensors

Sensing

Robotics for transport and logistics

Modelling and knowledge engineering

Robotics for entertainment

Localisation

Assistive living

Power supply

Learning, development and adaptation

Motion planning

Mapping

Robot navigation

System design

Robotics for agriculture

Robotics for emergency services

Robotic communication

System architecture

Assistive robotics

Robotic perception

Robotics for training

Domestic appliances

Robotics for animal production

Signal interpretation

Warehousing

Industrial robot

Robotics for construction

Mechatronics

Robotics for goods transport

Food processing

Robotics for commercial applications

Robotics for utilities and service

Therapy and rehabilitation

Robotics for forestry

Robotic system development

Robotic cognition

Knowledge representation and reasoning

Action planning

Soft products manufacture

Robotics for fishing

Robotics for civil applications

Robotics for mining and quarrying

Robotics for healthcare

Craft and bespoke manufacture

Cognitive architectures

System engineering

Robotics for marketing

Robotic control

Human robot collaboration

Robotics for education

Human robot interaction

Surgical robotics

Man Machine interface

Robotics for consumer applications

Robotics for search and rescue

Robot safety

Robotics for science Support

Robotics for environment

Robotics for manufacturing


Exoskelett-System unterstützt Rehabilitation nach Schlaganfall

Obwohl die Therapieerfolge bei halbseitiger Lähmung (Hemiparese) nach einem Schlaganfall begrenzt sind, könnte betroffenen Patienten nun durchaus geholfen werden. Mit der Weiterentwicklung einer assistiven Technologie, die ursprünglich aus dem Projekt MUNDUS stammte, könnte die Rehabilitation künftig mithilfe eines Exoskelett-Systems verbessert werden.

Schlaganfälle gehören zu den größten Herausforderungen in der europäischen Medizin mit Kosten, die sich jährlich auf mehr als 62 Mrd. EUR belaufen. Oft müssen Patienten mit langfristiger Behinderung leben, und selbst eine gelungene Rehabilitation stellt die Bewegungsfähigkeit nur bedingt wieder her.

Eine der größten Beeinträchtigungen nach einem Schlaganfall ist die halbseitige Lähmung bzw. Hemiparese, die die oberen Extremitäten betrifft und bei der die gelähmte Hand in 60 % aller Fälle im Alltag nicht mehr funktionsfähig ist. Diese beiden Probleme waren nun Schwerpunkt des Projekts RETRAINER. Ziel war es, eine bestimmte räumliche Bewegung auszuführen (Armrehabilitation) und dann ein Objekt zu greifen (Handrehabilitation).

Die Technologie von RETRAINER baut auf den Ergebnissen des RP7-finanzierten Projekts MUNDUS auf, das sich mehreren Schweregraden der Behinderung und gravierenden motorischen Störungen widmete. Das Projekt sollte mit verschiedenen Interaktionsmodulen die Absicht des Patienten erkennen (BCI, Eyetracking, EMG) und Hilfestellung leisten (FES, Bewegungsmotoren am Exoskelett).

Dabei wandte RETRAINER diese Technologien nicht nur bei einer anderen Patientengruppe an, sondern verlagerte den Schwerpunkt weg von der bloßen Unterstützung hin zur Rehabilitation. Das Team grenzte die verschiedenen Interaktionsmodalitäten ein und kombinierte EMG-basierte Willenserkennung, passives Exoskelett und FES, um die eigenständige Rehabilitation zu fördern.

„Ärzte und Patienten legten vor allem Wert auf ein System, das die Bewegung von Arm und Hand zwar unterstützt, aber nicht ersetzt. Für die Armrehabilitation arbeiteten wir mit myoelektrisch gesteuerter Stimulation (Neuro Muscular Electrical Stimulation, NMES), um die Armbewegung durch ein Exoskelett zu unterstützen“, sagt Maria Bulgheroni, Koordinatorin von RETRAINER.

NMES löst mithilfe der willkürlichen motorischen Restaktivität der Patienten eine elektrische Stimulation aus und unterstützt damit deren Bewegungen. Die Patienten können uneingeschränkt Rehabilitationsübungen ausführen und werden nur minimal vom NMES-System unterstützt.

Auch das vom Projekt entwickelte Handrehabilitationssystem arbeitet mit NMES, obwohl dafür ein spezielles maßgeschneidertes System für Handgelenk und Finger konzipiert werden musste. Für optimale individuelle Ergebnisse wird der Stimulationspunkt von einer „virtuellen Elektrode“ mittels Elektrodenmatrizen genau berechnet. Das Projektteam entwickelte auch eine Reihe intelligenter Objekte für funktionelle Alltagsaufgaben, um die Rehabilitation gelähmter Körperregionen zu fördern.

„Im Vergleich zum System von MUNDUS ist das RETRAINER-Exoskelett vom Gewicht her leichter, einfach zu montieren und entspricht den medizinischen Vorgaben. Im additiven Fertigungsverfahren veränderten wir die Handorthese entsprechend. Zudem entwickelten wir einen neuen Stimulator und einen Demultiplexer für das Elektrodenarray sowie eine kompakte Steuereinheit mit einem handelsüblichen kostengünstigen Prozessor. Dann implementierten wir die EMG-gestützte Erkennung willkürlicher Bewegungen und überarbeiteten und erweiterten schließlich interaktive Objekte. Hierfür arbeiteten wir mit den neuesten im RF-Bereich verfügbaren Geräten. Dank dieser aufwändigen Veränderungen ist das System ein enormer Fortschritt“, so Bulgheroni.

Zwar wird die RETRAINER-Technologie derzeit noch in klinischen Studien getestet, aber die vorläufigen Ergebnisse für beide Systeme sind laut Bulgheroni vielversprechend. „Die klinischen Endpunkte belegen, verglichen mit der Kontrollgruppe, signifikante Verbesserungen bei der motorischen Rehabilitation von Patienten, die mit dem RETRAINER-System trainieren. So ist davon auszugehen, dass das Konzept und die Strategie von RETRAINER den Rehabilitationsprozess nach einem Schlaganfall deutlich verbessern können“, schwärmt sie.

Das Konsortium will nun als Zielgruppe nicht mehr nur Patienten mit akuten und subakuten, sondern auch mit chronischen Erkrankungen behandeln, da diese von Rehabilitationssystemen in häuslicher Anwendung besonders profitieren können.

RETRAINER, Exoskelett, Schlaganfall, Genesung, MUNDUS, Armrehabilitation, Handrehabilitation, neuromuskuläre Elektrostimulation, NMES, klinische Studie

Gesundheit

Ergebnisse in Kürze

Artikel: Klassisch und erweitert

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Maschinelles Lernen greift nach Fingern, Händen und Ellbogen für verbesserte Roboter-Therapie

Die fortschrittlichen Muskel-Skelett-Modelle einer neuen KI-Plattform könnten die Entwicklung von Prothesen und die Rehabilitation nach Verletzungen beschleunigen.

Digitale Wirtschaft

Gesundheit

Nachrichten

Artikel: Nachrichten

Wissenschaftliche Fortschritte

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Projekt

Projektinformationen

Neurobiologie

Schlaganfall

Robotertechnik

/Technik und Technologie/Elektrotechnik, Elektronik, Informationstechnik/Elektrotechnik/Robotertechnik

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Projekt

Projektinformationen

Automatisierung

Produktivität

Robotertechnik

Ergonomie

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Projekt

Projektinformationen

Medien und Kommunikation

Physiotherapie

/Medizin- und Gesundheitswissenschaften/Klinische Medizin/Physiotherapie

Schlaganfall

Zivilgesellschaft

Robotertechnik

CORDA

RTD-Forschungsdaten-Warehouse

FÜHRENDE ROLLE DER INDUSTRIE - Führende Rolle bei grundlegenden und industriellen Technologien - Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT)

Rechtsgrundlage

Programm: Rechtsgrundlage für die Forschungsfinanzierung

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Rechtsgrundlage

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Thema

Programm: Teil des Arbeitsprogramms der Kommission zur Durchführung der Rechtsgrundlage

CORDA

RTD-Forschungsdaten-Warehouse


Rehabilitationsroboter findet Arbeit außerhalb von Krankenhäusern

Rehabilitationsmaschinen sind effektiv, können häufig aber nur in Gesundheitszentren eingesetzt werden. Ein tragbares, vernetztes Modell könnte das ändern.

Knapp https://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php?title=Population_structure_and_ageing/de (ein Fünftel der EU-Bevölkerung) ist älter als 65 Jahre, und man geht davon aus, dass diese Zahl weiter steigen wird. Folglich steigt auch der Anteil an altersbedingten Erkrankungen. So wird die Inzidenz von Schlaganfällen http://www.strokeeurope.eu/downloads/TheBurdenOfStrokeInEuropeReport.pdf (zwischen 2015 und 2035 wahrscheinlich um 34 % zunehmen). Auch Jahre, nachdem eine Person einen neurologischen Schaden erlitten hat, kann sie nicht vollständig genesen.

Um die Funktion der Gliedmaßen komplett wiederherzustellen, ist oftmals eine intensive, personalisierte Neurorehabilitation über einen langen Zeitraum notwendig. Die Durchführung dieser Therapie stellt die Gesundheitsdienstleister vor eine Herausforderung. Das Projekt ICone möchte dieser Notwendigkeit mit dem ersten tragbaren Rehabilitationsroboter gerecht werden.

Damit der Anteil an schlaganfallbedingten Behinderungen reduziert werden kann, ist ein besserer Zugang zu Robotersystemen erforderlich. Die robotische Rehabilitation hat sich bereits als wirksam erwiesen, die großen, teuren Maschinen sind jedoch auf Krankenhäuser beschränkt, wodurch meistens nur akute oder subakute Patientinnen oder Patienten nach einem Schlaganfall von ihnen profitieren können.

Chronischen Betroffenen, die aus dem Krankenhaus entlassen wurden, werden manchmal Videospiele angeboten, mit denen sie ihr Gehirn neu trainieren sollen, um wieder die Kontrolle über die Bewegung ihrer Gliedmaßen zu erhalten. Das ist jedoch weniger effektiv. „Bisher konnte keine Roboterlösung die Nutzbarkeit dieser Spiele mit der Wirksamkeit der Robotertechnik in Einklang bringen, um eine Technologie zu schaffen, die in und außerhalb von Krankenhäusern eingesetzt werden kann“, sagt Dino Accoto, Projektkoordinator von ICone. „Hier kommt also ICone ins Spiel.“

Accoto ist der Gründer und Leiter von https://heaxel.com/ (Heaxel), dem Technologieunternehmen hinter dem ICone-System. Bei dem robotergestützten Rehabilitationssystem müssen Patientinnen und Patienten einen Hebel bedienen, wobei sie sich an die auf einem Bildschirm vor ihnen gezeigten Anweisungen halten sollen. Das physiotherapeutische Fachpersonal kann die haptischen Eigenschaften des Hebels an ihre Bedürfnisse anpassen.

„Das System verfügt über eine anspruchsvolle Bedienoberfläche, die in Zusammenarbeit mit medizinischen Fachkräften entwickelt wurde. Die Therapeutin oder der Therapeut kann darüber alle Parameter eingeben, um die Therapie zu personalisieren“, erklärt Accoto. „Die Dauer, Intensität, Wiederholungsrate, Hilfestellung, der Widerstand – alle Parameter, die normalerweise von einem Programmierer eingestellt werden müssen, können über den Touchscreen aufgerufen werden.“

Obwohl die Maschine zu Hause installiert werden könnte, werden die Betroffenen laut Accoto eher in Pflegeheimen oder Gemeindezentren mit ihr in Berührung kommen. Alle ICone-Roboter verfügen über eine Internetverbindung, wodurch die therapeutische Fachkraft den Fortschritt der Patientinnen oder Patienten beobachten sowie die Einstellungen und Therapiepläne bei Bedarf anpassen kann.

Heaxel, mit Sitz in Italien, konnte mittels EU-Unterstützung eine Machbarkeitsstudie durchführen, mit der eine effektive und schnelle Kommerzialisierung des ICone-Robotersystems ermöglicht werden sollte. „Häufig gibt es eine wunderbare Technologie, die zwar sehr effektiv ist, aus finanziellen oder logistischen Gründen jedoch nur eingeschränkt genutzt werden kann“, sagt Accoto. „Dank der Finanzierung konnten wir ein tragfähiges Geschäftsmodell aufstellen.“

Anhand von Tests, die mit medizinischem Personal in Italien und Spanien durchgeführt wurden, konnten Verbesserungsmöglichkeiten hinsichtlich des Designs und der Funktionalität des Roboters ausfindig gemacht werden. Somit wurde der Grundstein für umfangreichere Tests von ICone mit Patientinnen und Patienten gelegt. „Schlaganfälle https://www.who.int/medicines/areas/priority_medicines/Ch6_6Stroke.pdf (zählen in Europa zu den häufigsten Ursachen für Behinderung), daher stellen sie eine gesellschaftliche Herausforderung dar“, fügt Accoto hinzu. „Wir möchten, dass der Roboter für so viele Betroffene wie möglich zugänglich ist.“

ICone, Heaxel, Schlaganfall, Rehabilitation, Roboter, Patientin, Patient, Therapie, Gliedmaßen, neurologisch

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Gesundheit

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Neurobiologie

Schlaganfall

Robotertechnik

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Projekt

Projektinformationen

Automatisierung

Produktivität

Robotertechnik

Ergonomie

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Normen und Regeln für sicherere tragbare Roboter festlegen

Eine neue Studie, in deren Mittelpunkt Roboter-Exoskelette für die unteren Gliedmaßen stehen, befasst sich mit den Lücken und Ungereimtheiten in der derzeit umfassendsten Norm für persönliche Assistenzroboter.

Digitale Wirtschaft

Gesundheit

Nachrichten

Artikel: Nachrichten

Wissenschaftliche Fortschritte

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Projekt

Projektinformationen

künstliche Intelligenz

/Naturwissenschaften/Informatik und Informationswissenschaften/künstliche Intelligenz

Software

Datenbank

autonome Roboter

/Technik und Technologie/Elektrotechnik, Elektronik, Informationstechnik/Elektrotechnik/Robotertechnik/autonome Roboter

Implantate

/Medizin- und Gesundheitswissenschaften/Medizinische Biotechnologie/Implantate

CORDA

RTD-Forschungsdaten-Warehouse

Projekt

Projektinformationen

Sterblichkeit

Physiotherapie

Geschäftsmodell

Ökosystem

Schlaganfall

CORDA

RTD-Forschungsdaten-Warehouse

SCHWERPUNKT "Gesellschaftliche Herausforderungen"

Rechtsgrundlage

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FÜHRENDE ROLLE DER INDUSTRIE - Innovation in KMU

Rechtsgrundlage

CORDIS Redaktion

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FÜHRENDE ROLLE DER INDUSTRIE - Führende Rolle bei grundlegenden und industriellen Technologien

Rechtsgrundlage

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Thema

CORDA

RTD-Forschungsdaten-Warehouse


Robot intelligenti che padroneggiano l’arte della presa

Il progetto SARAFun, finanziato dall’UE, ha rivelato una soluzione intelligente che consente a utenti non esperti di integrare facilmente nuove mansioni bimanuali in sistemi robotizzati. Ciò può ampliare in modo significativo le capacità di produzione nel settore manifatturiero con un conseguente notevole aumento della velocità di produzione, svolgendo lavori ripetitivi nella catena di montaggio.

Negli ultimi decenni, gli esseri umani hanno fatto sempre più affidamento sui robot per eseguire una serie di compiti. I robot sono stati ampiamente utilizzati nelle linee di produzione per compiti come l’assemblaggio di automobili. Tuttavia, nonostante il loro successo diffuso, l’assemblaggio automatico soffre ancora dei tempi necessari per programmare e riprogrammare i robot.

Per affrontare questa sfida, i ricercatori hanno istituito il progetto finanziato dall’UE http://h2020sarafun.eu/ (SARAFun). La nuova soluzione del progetto mira a potenziare i robot industriali integrandoli delle abilità di percezione, apprendimento e ragionamento, fornendo strumenti per automatizzare la generazione di programmi per i robot e progettare hardware specifico per le mansioni.

Imparare osservando il comportamento umano

«Il sistema è costruito attorno al concetto di un robot in grado di apprendere ed eseguire compiti di assemblaggio come l’inserimento o la piegatura, insegnati da un istruttore umano», spiega il dott. Ioannis Mariolis. Dopo aver analizzato l’attività di dimostrazione, il robot genera ed esegue il proprio programma di assemblaggio. Basato sul feedback dell’istruttore umano e sul feedback sensoriale di sensori di visione, di forza e tattili, il robot può migliorare progressivamente le sue prestazioni in termini di velocità e robustezza.

L’obiettivo ambizioso di SARAFun era quello di sviluppare un sistema in grado di eseguire nuove mansioni di assemblaggio in meno di un giorno. «Mantenere un raggio d’azione umano per il montaggio di piccole parti in uno spazio molto piccolo è fondamentale per ridurre al minimo l’ingombro sul pavimento della fabbrica. Inoltre consente di installare il robot in postazioni di lavoro attualmente utilizzate solo dagli esseri umani», aggiunge il dott. Mariolis.

Implementazione dell’interfaccia

Il lavoro ha fatto molto affidamento su un’interazione utente fluida e robusta con il sistema che utilizza l’interfaccia uomo-robot. Quest’ultima è costituita da diversi moduli che consentono all’operatore di insegnare la mansione di assemblaggio al robot e supervisionare il processo di apprendimento. Nella fase di insegnamento, l’utente crea l’attività di assemblaggio specificando un nome, selezionando le parti che il robot deve assemblare e definendo il tipo di operazione di assemblaggio. Nella fase successiva, le parti di assemblaggio vengono posizionate all’interno del campo visivo della telecamera e il sistema viene chiamato a identificarle. Dopo che le parti sono state rilevate, l’operatore mostra l’operazione di assemblaggio davanti alla telecamera.

Le informazioni registrate vengono quindi analizzate e i fotogrammi importanti della dimostrazione, chiamati fotogrammi chiave, vengono automaticamente estratti. Dopo la conferma dell’utente, il sistema utilizza le informazioni del fotogramma chiave che includono le posizioni tracciate delle parti di assemblaggio e le mani dell’istruttore e genera il programma di assemblaggio per il robot. Le prese da eseguire per le parti di assemblaggio sono proposte insieme ai progetti di dita robotiche per aumentare la stabilità della presa. Dopo aver regolato le posizioni di presa e aver progettato le dita appropriate per compensare la minore destrezza del robot rispetto alla mano umana, le dita effettive vengono stampate in 3D e installate nelle pinze del robot.

Dopo aver caricato il programma per l’esecuzione, vengono generati i movimenti del robot utilizzando le informazioni estratte dai fotogrammi chiave. L’operazione di assemblaggio continua a funzionare ripetutamente fino a raggiungere il livello desiderato di autonomia.

Una programmazione ridotta all’osso

I ricercatori hanno completato con successo molte dimostrazioni utilizzando il robot collaborativo a doppio braccio YuMi  https://new.abb.com/products/robotics/industrial-robots/yumi (di ABB). Armato delle sue pinze, il robot utilizza i componenti del sistema di progettazione di SARAFun: sensori visivi 3D, pianificazione di presa, rilevamento di slittamento, controllo di movimento e forza per entrambi i bracci e interfaccia uomo-robot, per imitare i compiti bimanuali mostrati dall’istruttore umano.

«Il risultato è un programma di assemblaggio flessibile che può adattarsi all’ambiente di lavoro senza una pianificazione specifica da parte dell’utente. Rispetto alla tecnologia più avanzata, la semplice interfaccia grafica è molto più semplice da usare per utenti non specializzati», osserva il dott. Mariolis. Testato su diversi casi d’uso di assemblaggio che coinvolgono parti di telefoni cellulari e pulsanti di arresto di emergenza, il sistema ha appreso con successo le mansioni di assemblaggio mostrate in meno di un giorno.

Una svolta rivoluzionaria: il robot di assemblaggio di SARAFun può cambiare in modo significativo la produzione industriale in tutto il mondo e incoraggiare una rivalutazione dell’assemblaggio in fabbrica. I prodotti con cicli di vita brevi comportano frequenti cambi dei programmi. A differenza dei robot di oggi che conoscono solo il loro compito nominale, questo robot intelligente per l’assemblaggio bimanuale di piccole parti non è limitato nella sua capacità di gestire i normali cambiamenti nella linea di produzione.

SARAFun, assemblaggio, robot, sistema robotico, compito bimanuale, interfaccia uomo-robot, YuMi, ABB

Tecnologie industriali

Risultato in breve

Articolo: classico ed elaborato

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Ricaricati e pronti a viaggiare! I veicoli elettrici sulla strada giusta

Un’occhiata alle statistiche: i veicoli elettrici rappresentano solo il 2 % circa delle immatricolazioni nell’UE, il che potrebbe facilmente portarci a credere che ila loro diffusione di massa non sia ancora alle porte. Tuttavia, le recenti turbolenze nel settore automobilistico, i nuovi standard di emissione dell’UE e le nuove innovazioni potrebbero accelerare la transizione. Questo numero della rivista Research*EU illustra alcune delle più recenti scoperte tecnologiche in questo settore.

Rivista research*eu

Articolo: rivista dei risultati o focus

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Un ricercatore di robotica avanzata vince il prestigioso Early Career Award

Lo scienziato senior dell’Istituto Italiano di Tecnologia Arash Ajoudani ha ricevuto l’Early Career Award 2021 della Società di robotica e automazione dell’Istituto degli ingegneri elettrici ed elettronici (IEEE RAS). È il primo ricercatore in Italia a ottenere questo premio.

Economia digitale

Notizie

Articolo: notizie

Progressi scientifici

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Schede informative dei progetti

produttività

/scienze sociali/economia e commercio/scienze economiche/economia della produzione/produttività

robotica

/ingegneria e tecnologia/ingegneria elettrica, ingegneria elettronica, ingegneria informatica/ingegneria elettronica/robotica

ergonomia

Preparazione alla crisi - contromisure

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Progetto

Schede informative dei progetti

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produttività

robotica

ergonomia

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/scienze naturali/informatica e scienze dell'informazione/software

automazione

ingegneria dell'autoveicolo

/ingegneria e tecnologia/ingegneria meccanica/ingegneria dei veicoli/ingegneria dell'autoveicolo

telefoni mobili

/ingegneria e tecnologia/ingegneria elettrica, ingegneria elettronica, ingegneria informatica/ingegneria informatica/telecomunicazioni/telefoni mobili

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Magazzino dati della ricerca RTS

LEADERSHIP INDUSTRIALE - Leadership nel settore delle tecnologie abilitanti e industriali - Tecnologie dell'informazione e della comunicazione (TIC)

Base giuridica

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Base giuridica

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Argomento

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Smart exoskeleton improves knee rehabilitation

Knee injuries often take longer to rehabilitate than expected, with disappointing results. BELK has created a wearable solution, usable at home during normal walking and activated only when needed.

Knee injuries, one of the most common joint problems, can be caused by sports, traffic accidents, brain damage, arthritis and other age-related degenerative diseases.

Rehabilitation usually aims to recover the flexion grade of the knee but is stopped once 100 º of flexion is achieved, which doesn’t address gait pattern and natural knee movement.

The EU-supported https://www.belkproject.eu/ (BELK project) developed an ‘assisted-as-needed’ exoskeleton to proportionally apply torque only when a patient deviates from the preprogrammed desired movement pattern. The device is based on an algorithm which simultaneously drives the assisted-as-needed programme and a functional electro stimulation (FES) array of electrodes which induce muscle contraction.

“This force field control with integrated FES produces a natural gait pattern,” says project coordinator Carlos Fernandez. “The system only helps movement during the part of a stretch where patients cannot do it for themselves, resulting in more intentional and intuitive rehabilitation. No commercial alternatives offer this.”

www.gogoa.eu (Gogoa Mobility Robots), the project host, set out to develop a wearable knee rehabilitation device usable by both physiotherapists and patients themselves, at home or in the street. The resultant solution is comprised of three main components: a robotic exoskeleton, a remote control and a data collector.

The lightweight exoskeleton is designed to be easily and quickly adjusted to the patient’s anatomy and can be used in a supine, sitting or gait position. Powered by a lithium battery, lasting up to 4 hours of continuous motion, BELK can generate up to 35 Nm (newton-metre) in the knee joint. The device itself weighs 3 kg and can be used with patients 1.5–1.95 m in height and weighing up to 100 kg.

Using Bluetooth technology, the remote control works through an Android application installed on a tablet which comes as part of the package. This displays alarms for issues such as too much force being exerted, alongside the device’s status, such as battery power remaining. The operating modes allow users to control parameters such as speed, torque and range of motion. An algorithm integrates FES capabilities into the exoskeleton which modulates the mechanical resistance exerted on the leg.

The data collector displays information provided by the exoskeleton’s strain gauges and the encoder which measures the angle of the joint. These allow the rehab process to be evaluated and the device’s configuration to be adjusted.

The BELK system has successfully undergone clinical trials in Cruces and Santiago hospitals. The 20 patients reported comfort with the system and no adverse reactions. Participants’ gait patterns were found to have improved at the end of treatment, with rehabilitation time reduced from 12 to 9 sessions.

“As our solution can be used at home it saves on the cost and time of travel to a rehabilitation centre,” adds Fernandez. “Furthermore, our patented cable transmission system makes production cost-effective, putting it at a similar price to alternatives, but with more advanced functions.”

Gogoa is currently waiting for a https://europa.eu/youreurope/business/product-requirements/labels-markings/ce-marking/index_en.htm (CE mark) for its exoskeleton to be authorised by the https://www.aemps.gob.es/?lang=en (medical agency) responsible in Spain. Afterwards, the company will introduce it into the European market prior to making submissions to the https://www.fda.gov/ (Food and Drug Administration) for the American market.

BELK, joint, injury, knee, rehabilitation, exoskeleton, wearable, gait

Health

Result in Brief

Article: Classic and enhanced

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Machine learning meets fingers, hands and elbows for enhanced robotic therapy

Digital Economy

Health

News

Article: news

Scientific advances

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Modelling the neuromusculoskeletal system across spatiotemporal scales for a new paradigm of human-machine motor interaction

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neurobiology

stroke

/medical and health sciences/basic medicine/neurology/stroke

robotics

/engineering and technology/electrical engineering, electronic engineering, information engineering/electronic engineering/robotics

Starting Grant

Starting Grant

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Socio-physical Interaction Skills for Cooperative Human-Robot Systems in Agile Production

Project

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automation

productivity

/social sciences/economics and business/economics/production economics/productivity

robotics

ergonomics

Research and Innovation action

Research and Innovation action

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Knee is in practice the most often injured joint. There are a wide range of origin of injuries that can lead to needing knee rehabilitation: sport practices, traffic accidents, acquired brain damage, arthritis and other degenerative diseases consequence of aging. It is...

Wearable exoskeleton for knee rehabilitation with Functional Electrical Stimulation

Project

Project factsheets

rheumatology

/medical and health sciences/clinical medicine/rheumatology

physiotherapy

/medical and health sciences/clinical medicine/physiotherapy

stroke

robotics

SME instrument phase 2

SME instrument phase 2

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PRIORITY 'Societal challenges

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INDUSTRIAL LEADERSHIP - Innovation In SMEs

Legal Basis

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INDUSTRIAL LEADERSHIP - Leadership in enabling and industrial technologies

Legal Basis

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SME instrument

Topic

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Financial & Investment management

Market-creating innovation

Technology management

Business management

IPR management


Intelligente Roboter üben sich in der Kunst des Greifens

Das EU-finanzierte Projekt SARAFun hat eine intelligente Lösung für Nichtfachleute vorgestellt, mit der problemlos neue bimanuelle Aufgaben in Robotersysteme integriert werden können. Auf diese Weise können die Produktionskapazitäten in der Fertigungsindustrie stark erweitert und die Produktionsgeschwindigkeiten drastisch beschleunigt werden, während Roboter mühsame Fließbandarbeiten übernehmen.

Der Mensch hat sich in den letzten Jahrzehnten immer mehr auf sie verlassen und ihnen die Erfüllung vielfältiger Aufgaben übertragen. In der Produktion, beispielsweise in der Fahrzeugmontage, hat man Roboter im ganz großen Stil eingesetzt. Trotz der weitverbreiteten Erfolge auf diesem Gebiet besteht das Manko der automatischen Montage immer noch in der Zeit, die man für die Programmierung und Umprogrammierung von Robotern braucht.

Um diese Herausforderung zu meistern, haben Forscher das EU-finanzierte Projekt http://h2020sarafun.eu/ (SARAFun) auf die Beine gestellt. Die neue Lösung des Projekts zielt darauf ab, Industrieroboter mit Fähigkeiten im Zusammenhang mit Wahrnehmung, Lernen und dem Ziehen von Schlussfolgerungen zu versehen sowie Werkzeuge zur Automatisierung der Roboterprogrammerstellung und Entwicklung aufgabenspezifischer Hardware bereitzustellen.

Lernen durch Beobachtung des Verhaltens der Menschen

„Das System baut auf dem Konzept eines Roboters auf, der in der Lage ist, Montageaufgaben wie Einsetzen oder Falten aus den Vorführungen eines menschlichen Lehrers zu erlernen und diese dann auszuführen“, erklärt Dr. Ioannis Mariolis. Nach Analyse der vorgeführten Aufgabe erzeugt der Roboter sein eigenes Montageprogramm und führt dieses aus. Auf Grundlage des Feedbacks des menschlichen Lehrers sowie der Sensorrückmeldungen von Bildverarbeitungs-, Kraft- und Tastsensoren kann der Roboter seine Leistung in Hinsicht auf Geschwindigkeit und Robustheit schrittweise verbessern.

Das ehrgeizige Ziel von SARAFun bestand darin, ein System mit der Fähigkeit zu entwickeln, neue Montageaufgaben in weniger als einem Tag zu lösen. „Einer Reichweite ähnlich wie ein Mensch kommt bei der Montage von Kleinteilen auf engstem Raum entscheidende Bedeutung zu, um den Platzbedarf in der Fabrikhalle zu minimieren. Außerdem kann der Roboter dann in Arbeitsstationen eingebaut werden, die derzeit nur Menschen nutzen“, ergänzt Dr. Mariolis.

Implementierung der Schnittstelle

Die Arbeit beruhte hauptsächlich auf einer problemlosen und robusten Nutzerinteraktion mit dem System über die Mensch-Roboter-Schnittstelle. Letztere besteht aus verschiedenen Modulen, die es dem Bediener ermöglichen, dem Roboter die Montageaufgabe beizubringen und den Prozess des Lernens zu überwachen. In der Lernphase stellt der Nutzer die Montageaufgabe, indem er einen Namen angibt, die vom Roboter zusammenzubauenden Teile auswählt und die Art des Montagevorgangs definiert. Im nächsten Schritt werden die Montageteile in den Sichtbereich der Kamera platziert und das System dazu aufgerufen, sie zu identifizieren. Nachdem die Teile erkannt wurden, führt der Bediener die Montageaufgabe vor der Kamera vor.

Dann werden die aufgezeichneten Informationen analysiert und wichtige Frames der Demonstration, sogenannte Schlüsselbilder, automatisch extrahiert. Nach der Nutzerbestätigung wendet das System die Keyframe-Informationen an, welche die nachverfolgten Positionen der Montageteile und der Hände des Trainers enthalten, und generiert das Montageprogramm für den Roboter. Es werden Beispielzugriffe für die Montageteile zusammen mit Bauformen von Roboterfingern zur Erhöhung der Griffstabilität vorgeschlagen. Nach dem Justieren der Greifpositionen und der Konstruktion geeigneter Finger, welche die geringere Fingerfertigkeit des Roboters gegenüber der Menschenhand ausgleichen, werden die realen Finger in 3D gedruckt und in die Robotergreifer eingebaut.

Nach dem Laden des auszuführenden Programms werden die Roboterbewegungen unter Nutzung der aus den Schlüsselbilder gewonnenen Informationen generiert. Der Montagevorgang wird so lange wiederholt, bis der gewünschte Grad an Autonomie erreicht ist.

Fast ohne Programmierung

Forscher haben viele Demonstrationen unter Einsatz des zweiarmigen Kooperationsroboters YuMi von https://new.abb.com/products/robotics/industrial-robots/yumi (ABB) mit Erfolg abgeschlossen. Ausgestattet mit seinen Greifern nutzt der Roboter die Komponenten des Designsystems von SARAFun, d. h. visuelle 3D-Sensoren, Greifplanung, Schlupferkennung, Bewegungs- und Kraftsteuerung für beide Arme und die physische Mensch-Roboter-Schnittstelle, um die vom menschlichen Ausbilder vorgeführten zweihändigen Aufgaben nachzuahmen.

„Resultat ist ein flexibles Montageprogramm, das sich ohne spezielle Planung durch den Nutzer an die Arbeitsumgebung anpassen kann. Im Vergleich zum Stand der Technik ist die einfache grafische Benutzeroberfläche für Nichtfachleute viel einfacher zu bedienen“, so Dr. Mariolis. Das System wurde anhand vieler verschiedener Montageanwendungsfälle im Zusammenhang mit Mobiltelefonteilen und Notschaltern erprobt und erlernte die vorgeführten Montageaufgaben in weniger als einem Tag.

Als revolutionärer Impulsgeber kann nun der Montageroboter von SARAFun die industrielle Fertigung weltweit deutlich verändern und eine Neubewertung der Montagefertigung in Gang bringen. Produkte mit kurzen Lebenszyklen bringen häufige Programmwechsel mit sich. Im Gegensatz zu den Robotern von heute, die nur ihre festgelegte Aufgabenstellung kennen, ist dieser intelligente Roboter zur bimanuellen Montage von Kleinteilen unbegrenzt in der Lage, auf regelmäßige Änderungen in der Produktionslinie zu reagieren.

SARAFun, Montage, Roboter, Robotersystem, bimanuelle Aufgabe, zweihändige Aufgabe, Mensch-Roboter-Schnittstelle, YuMi, ABB

Industrielle Technologien

Ergebnisse in Kürze

Artikel: Klassisch und erweitert

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Aufgeladen und einsatzbereit! Elektrofahrzeuge erobern die Straßen

Ein Blick auf die Statistik – Elektrofahrzeuge machen nur 2 % der Fahrzeugzulassungen in der EU aus – könnte uns ohne Weiteres zu der Überzeugung verleiten, dass die Ära der Elektrofahrzeuge noch weit entfernt ist. Turbulenzen in der Autoindustrie, neue EU-Emissionsstandards und Innovationen beschleunigen den Übergang jedoch voraussichtlich. Diese Ausgabe des Magazins Research*eu wirft Licht auf einige der neuesten technologischen Durchbrüche in dieser Branche.

research*eu-Magazin

Artikel: Die Magazine „Ergebnisse“ und „focus“

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Forscher im Bereich fortgeschrittene Robotik mit renommiertem Nachwuchspreis ausgezeichnet

Arash Ajoudani, leitender Wissenschaftler am Italienischen Institut für Technologie (Istituto Italiano di Tecnologia, IIT), hat die Auszeichnung für Nachwuchsforschende 2021 der Institute of Electrical and Electronics Engineers Robotics and Automation Society (IEEE RAS) erhalten. Damit ging diese Auszeichnung erstmals an eine Forschungspersönlichkeit aus Italien.

Digitale Wirtschaft

Nachrichten

Artikel: Nachrichten

Wissenschaftliche Fortschritte

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Projekt

Projektinformationen

Produktivität

Robotertechnik

/Technik und Technologie/Elektrotechnik, Elektronik, Informationstechnik/Elektrotechnik/Robotertechnik

Ergonomie

Krisenbewältigung – Eindämmung

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Projekt

Projektinformationen

Automatisierung

Produktivität

Robotertechnik

Ergonomie

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Projekt

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Automatisierung

Automobiltechnik

Mobiltelefon

/Technik und Technologie/Elektrotechnik, Elektronik, Informationstechnik/Informationstechnik/Telekommunikation/Mobiltelefon

Software

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FÜHRENDE ROLLE DER INDUSTRIE - Führende Rolle bei grundlegenden und industriellen Technologien - Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT)

Rechtsgrundlage

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Rechtsgrundlage

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Thema

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Robots inteligentes que dominan el arte del agarre

El proyecto financiado con fondos europeos SARAFun ha presentado una solución inteligente para que usuarios no expertos integren fácilmente nuevas tareas bimanuales en sistemas robóticos. Esto puede mejorar significativamente la capacidad de producción del sector industrial, aumentando de manera drástica la velocidad de producción mientras se realizan trabajos tediosos en la línea de montaje.

En las últimas décadas, los seres humanos han delegado cada vez más en los robots para realizar diferentes trabajos. Los robots se han utilizado con profusión en las líneas de producción para llevar a cabo tareas como el montaje de automóviles. Sin embargo, a pesar de su éxito generalizado, el montaje automático aún adolece del tiempo necesario para programar y reprogramar los robots.

Para hacer frente a esta limitación, unos investigadores pusieron en marcha el proyecto financiado con fondos europeos http://h2020sarafun.eu/ (SARAFun). La nueva solución propuesta por el proyecto tiene por objeto dotar a los robots industriales de capacidades de percepción, aprendizaje y razonamiento, proporcionando así herramientas para automatizar la programación de robots y diseñar hardware específico para cada tarea.

Aprendizaje a través de la observación del comportamiento humano

«El sistema está basado en el concepto de un robot capaz de aprender y ejecutar tareas de montaje, como la inserción o el plegado, que son enseñadas por un instructor humano», explica el doctor Ioannis Mariolis. Tras analizar la tarea de demostración, el robot genera y ejecuta su propio programa de montaje. Gracias a la retroalimentación del instructor humano, así como a la retroalimentación sensorial proporcionada por los sensores de visión, fuerza y tacto, el robot puede mejorar progresivamente su rendimiento en términos de velocidad y precisión.

El ambicioso objetivo de SARAFun era desarrollar un sistema capaz de realizar nuevas tareas de montaje en menos de un día. «Mantener un alcance similar al de un ser humano para el montaje de piezas pequeñas en un espacio muy pequeño es fundamental para minimizar la superficie ocupada en la planta de producción. Además, permite instalar el robot en estaciones de trabajo que actualmente solo utilizan personas», añade el doctor Mariolis.

Implementación de la interfaz

El trabajo dependía en gran medida de una interacción fluida y precisa del usuario con el sistema a través de la interfaz humano-robot, que consta de diferentes módulos que permiten al operario enseñar la tarea de montaje al robot y supervisar el proceso de aprendizaje. Durante la fase de aprendizaje, el usuario crea la tarea de montaje especificando un nombre, seleccionando las piezas que el robot debe montar y definiendo el tipo de operación de montaje. En el siguiente paso, las piezas de montaje se colocan dentro del campo de visión de la cámara y se pide al sistema que las identifique. Una vez detectadas las piezas, el operario muestra la tarea de montaje delante de la cámara.

A continuación, se analiza la información registrada y se extraen automáticamente los fotogramas más relevantes de la demostración, denominados fotogramas clave. Tras la confirmación por parte del usuario, el sistema utiliza la información de los fotogramas clave, que incluye las posiciones rastreadas de las piezas de montaje y las manos del instructor, y genera el programa de montaje para el robot. Para aumentar la estabilidad de agarre, se asignan puntos de agarre potenciales para las piezas de montaje, así como diseños de dedos robóticos. Tras ajustar los puntos de agarre y diseñar los dedos robóticos adecuados para compensar la menor destreza del robot con respecto a la de la mano humana, se lleva a cabo la impresión en tres dimensiones de los dedos robóticos y se instalan en las pinzas del robot.

Finalmente se instala el programa para su ejecución y se generan los movimientos del robot utilizando la información extraída de los fotogramas clave. La operación de montaje continúa realizándose repetidamente hasta alcanzar el nivel de autonomía deseado.

Programación casi nula

Los investigadores han realizado con éxito numerosas demostraciones utilizando el robot colaborativo de doble brazo YuMi de https://new.abb.com/products/robotics/industrial-robots/yumi (ABB). Equipado con sus pinzas, el robot utiliza los componentes del sistema de diseño de SARAFun (sensores de visión en tres dimensiones, planificación de agarre, detección de deslizamiento, control de movimiento y fuerza para ambos brazos e interfaz física humano-robot) para imitar las tareas bimanuales demostradas por el instructor humano.

«El resultado es un programa de montaje flexible que puede adaptarse al entorno de trabajo sin necesidad de una planificación específica por parte del usuario. En comparación con la tecnología más avanzada, la sencilla interfaz gráfica es mucho más fácil de usar para usuarios no expertos», señala el doctor Mariolis. El sistema fue evaluado mediante diferentes casos prácticos de montaje relacionados con componentes de teléfonos móviles e interruptores de parada de emergencia y aprendió satisfactoriamente las tareas de montaje demostradas en menos de un día.

El revolucionario robot de montaje de SARAFun puede cambiar significativamente la producción del sector industrial de todo el mundo y fomentar una reevaluación de las líneas de montaje. Los productos con ciclos de vida cortos conllevan cambios frecuentes de programas. Sin embargo, a diferencia de los robots actuales que solo conocen su tarea nominal, este robot inteligente para el montaje bimanual de piezas pequeñas no está limitado en su capacidad de hacer frente a cambios regulares en la línea de producción.

SARAFun, montaje, robot, sistema robótico, tarea bimanual, interfaz humano-robot, YuMi, ABB

Tecnologías industriales

Resultado resumido

Artículo: Clásico y perfeccionado

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¡Cargados y listos para rodar! Los vehículos eléctricos toman la carretera

Un vistazo a las estadísticas (los vehículos eléctricos tan solo representan aproximadamente el 2 % de las matriculaciones de la Unión Europea [UE]) podría fácilmente hacernos pensar que la era de los vehículos eléctricos (VE) no está tan cerca como parece. No obstante, es probable que los recientes escándalos en la industria automovilística, las nuevas normas de emisiones de la UE y las últimas innovaciones aceleren la transición. Este número de la Revista Research*eu arroja luz sobre algunos de los avances tecnológicos más recientes en el sector.

Revista research*eu

Artículo: La revista de resultados y la revista focus

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Un investigador de robótica avanzada gana el prestigioso premio Early Career

El científico experimentado Arash Ajoudani del Instituto Italiano de Tecnología ha recibido el premio Early Career de 2021 del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos y la Sociedad de Robótica y Automatización (IEEE RAS, por sus siglas en inglés). Es el primer investigador en Italia que gana este premio.

Economía digital

Noticias

Artículo: noticias

Avances científicos

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Proyecto

Fichas informativas de proyectos

productividad

/ciencias sociales/economía y empresa/ciencia económica/economía de la producción/productividad

robótica

/ingeniería y tecnología/ingeniería eléctrica, ingeniería electrónica, ingeniería de la información/ingeniería electrónica/robótica

ergonómica

/Preparación para la crisis: contramedidas

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Almacén de datos de IDT

Proyecto

Fichas informativas de proyectos

automatización

productividad

robótica

ergonómica

CORDA

Almacén de datos de IDT

Proyecto

Fichas informativas de proyectos

software

/ciencias naturales/informática y ciencias de la información/software

automatización

ingeniería automotriz

/ingeniería y tecnología/ingeniería mecánica/ingeniería de vehículos/ingeniería automotriz

teléfono móvil

/ingeniería y tecnología/ingeniería eléctrica, ingeniería electrónica, ingeniería de la información/ingeniería de la información/telecomunicación/teléfono móvil

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Almacén de datos de IDT

LIDERAZGO INDUSTRIAL - Liderazgo en tecnologías industriales y de capacitación - Tecnologías de la información y la comunicación (TIC)

Fundamento jurídico

Programa: fundamento jurídico para la financiación de investigación

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Fundamento jurídico

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Tema

Programa: parte del programa de trabajo de la Comisión para aplicar el fundamento jurídico

CORDA

Almacén de datos de IDT


Smart robots master the art of gripping

The EU-funded SARAFun project has unveiled a smart solution for non-expert users to easily integrate new bimanual tasks into robotic systems. This can significantly expand production capabilities in the manufacturing industry, dramatically increasing production speed, while taking on tedious assembly line jobs.

During the last few decades, humans have increasingly relied on robots to perform a variety of tasks. Robots have been extensively used in production lines for tasks such as car assembly. However, despite their widespread success, automatic assembly still suffers from the time it takes to programme and reprogramme robots.

To address this challenge, researchers established the EU-funded project http://h2020sarafun.eu/ (SARAFun). The project’s new solution aims to empower industrial robots with perception, learning and reasoning abilities, providing tools to automate robot programme generation and design task-specific hardware.

Learning by watching human behaviour

“The system is built around the concept of a robot capable of learning and executing assembly tasks such as insertion or folding demonstrated by a human instructor,” explains Dr Ioannis Mariolis. After analysing the demonstration task, the robot generates and executes its own assembly programme. Based on the human instructor’s feedback as well as sensory feedback from vision, force and tactile sensors, the robot can progressively improve its performance in terms of speed and robustness.

SARAFun’s ambitious aim was to develop a system capable of executing new assembly tasks in less than a day. “Maintaining a humanlike reach for assembly of small parts within a very small space is critical to minimising the footprint on the factory floor. It also enables the robot to be installed into work stations currently used only by humans,” adds Dr Mariolis.

Implementation of the interface

Work heavily relied on smooth and robust user interaction with the system using the human-robot interface. The latter consists of different modules enabling the operator to teach the assembly task to the robot and supervise the learning process. In the teaching phase, the user creates the assembly task by specifying a name, selecting the parts that the robot must assemble, and defining the type of the assembly operation. In the next step, the assembly parts are placed within the camera view and the system is called to identify them. After the parts have been detected, the operator demonstrates the assembly task in front of the camera.

The recorded information is then analysed and important frames of the demonstration called key frames are automatically extracted. Upon user confirmation, the system uses the key-frame information that includes the tracked positions of the assembly parts and the instructor’s hands and generates the assembly programme for the robot. Candidate grasps for the assembly parts are proposed along with robotic finger designs for increasing grasp stability. After adjusting the grasping positions and designing appropriate fingers to compensate for the robot’s inferior dexterity with respect to the human hand, the actual fingers are 3D printed and installed into the robot grippers.

After loading the programme for execution, the robot motions are generated using the information extracted by the key frames. The assembly operation keeps performing repeatedly until it reaches the desired level of autonomy.

Almost zero programming

Researchers have successfully completed many demonstrations using https://new.abb.com/products/robotics/industrial-robots/yumi (ABB's) dual-arm collaborative robot YuMi. Armed with its grippers, the robot uses SARAFun’s design system components – 3D visual sensors, grasp planning, slip detection, motion and force control for both arms and physical human-robot interface – to mimic bimanual tasks demonstrated by the human instructor.

“The result is a flexible assembly programme that can adapt to the working environment without specific planning by the user. Compared to state-of-the-art technology, the simple graphical interface is much easier for non-experts to use,” notes Dr Mariolis. Tested on different assembly use cases involving cell-phone parts and emergency stop buttons, the system successfully learned the demonstrated assembly tasks in less than a day.

A disruptive game changer, SARAFun’s assembly robot can significantly change industrial manufacturing all over the world and encourage a re-evaluation of assembly manufacturing. Products with short life cycles entail frequent changes of programmes. Unlike today’s robots which know only their nominal task, this smart robot for bimanual assembly of small parts is not limited in its ability to deal with regular changes in the production line.

SARAFun, assembly, robot, robotic system, bimanual task, human-robot interface, YuMi, ABB

Industrial Technologies

Result in Brief

Article: Classic and enhanced

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Charged up and ready to roll! Electric vehicles take to the road

A glance at statistics – electric vehicles only account for about 2 % of EU registrations – could easily lead us to believe that the EV era will not be upon us anytime soon. Yet, recent turmoil in the car industry, new EU emission standards and fresh innovations are likely to accelerate the transition. This issue of the Research*EU magazine sheds light on some of the most recent technological breakthroughs in this sector.

research*eu magazine

Article: Both results and focus magazines

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Advanced robotics researcher wins prestigious Early Career Award

Italian Institute of Technology senior scientist Arash Ajoudani has received the Institute of Electrical and Electronics Engineers Robotics and Automation Society (IEEE RAS) Early Career Award 2021. He’s the first researcher in Italy to win this award.

Digital Economy

News

Article: news

Scientific advances

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Rethinking Human Ergonomics in Lean Manufacturing and Service Industry: Towards Adaptive Robots with Anticipatory Behaviors

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Project factsheets

productivity

robotics

ergonomics

Crisis preparedness - countermeasures

Starting Grant

Starting Grant

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RTD research data warehouse

Project

Project factsheets

automation

productivity

robotics

ergonomics

Research and Innovation action

Research and Innovation action

CORDA

RTD research data warehouse

While Industrial robots are very successful in many areas of industrial manufacturing, assembly automation still suffers from complex time consuming programming and the need of dedicated hardware. ABB has developed FRIDA (Friendly Robot for Industrial Dual Arm Assembly), a...

Smart Assembly Robot with Advanced FUNctionalities

Project

Project factsheets

software

/natural sciences/computer and information sciences/software

automation

automotive engineering

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Les robots intelligents maîtrisent l’art de la préhension

Le projet SARAFun, financé par l’UE, a dévoilé une solution intelligente qui permet aux utilisateurs non experts d’intégrer facilement de nouvelles tâches bimanuelles dans les systèmes robotiques. Ces systèmes peuvent accroître considérablement les capacités de production dans l’industrie manufacturière, en augmentant considérablement la vitesse de production tout en assumant des tâches fastidieuses sur les chaînes de montage.

Au cours des dernières décennies, les humains ont eu de plus en plus recours aux robots pour accomplir diverses tâches. Les robots ont été utilisés de façon extensive sur les chaînes de production pour effectuer des tâches telles que l’assemblage de voitures. Cependant, malgré leur succès généralisé, l’assemblage automatique présente encore un inconvénient: le temps nécessaire à la programmation et à la reprogrammation des robots.

Pour relever ce défi, les chercheurs ont mis sur pied http://h2020sarafun.eu/ (SARAFun), un projet financé par l’UE. La nouvelle solution élaborée dans le cadre du projet consiste à doter les robots industriels de capacités de perception, d’apprentissage et de raisonnement, en fournissant des outils permettant d’automatiser la génération de programmes de robots et de concevoir du matériel spécifique aux tâches.

Apprentissage par l’observation du comportement humain

«Le système est bâti autour du concept d’un robot capable d’apprendre et d’exécuter des tâches d’assemblage, telles que l’insertion ou le pliage, en observant le travail d'un instructeur humain», explique le Dr Ioannis Mariolis. Après observation et analyse de la tâche , le robot génère et exécute son propre programme d’assemblage. Sur la base des commentaires de l’instructeur humain ainsi que de l’information sensorielle des capteurs de vision, de force et tactiles, le robot peut progressivement améliorer ses performances en termes de rapidité et de robustesse.

L’objectif ambitieux de SARAFun était de développer un système capable d’exécuter de nouvelles tâches d’assemblage en moins d’une journée. «Garantir l’utilisation d’un robot humanoïde pour l’assemblage de petites pièces dans un très petit espace est essentiel pour réduire l’encombrement au sol de l’usine. Cela permet également d’installer le robot dans des postes de travail actuellement réservés à l’homme», ajoute le Dr Mariolis.

Mise en œuvre de l’interface

Le travail s’est essentiellement appuyé sur une interaction forte et harmonieuse et avec le système à l’aide de l’interface homme-robot. Cette dernière est composée de différents modules qui permettent à l’opérateur d’enseigner la tâche d’assemblage au robot et de superviser le processus d’apprentissage. Dans la phase d’apprentissage, l’utilisateur crée la tâche d’assemblage en lui donnant un nom, en sélectionnant les pièces que le robot doit assembler et en définissant le type d’activité d’assemblage. Au cours de l’étape suivante, les pièces d’assemblage sont placées dans le champ de vision de la caméra et le système est sollicité pour les identifier. Une fois que les pièces ont été détectées, l’opérateur fait une démonstration de la tâche d’assemblage devant la caméra.

Les informations enregistrées sont ensuite analysées et les images importantes de la démonstration, appelées images clés, sont extraites automatiquement. Après confirmation de l’utilisateur, le système utilise les informations d’images clés, qui comprennent les positions répertoriées des pièces d’assemblage et les mains de l’instructeur, puis génère le programme d’assemblage pour le robot. Les positions de préhension des pièces d’assemblage sont proposées avec des modèles de doigts robotisés pour augmenter la stabilité de préhension. Après avoir ajusté les positions de préhension et conçu des doigts appropriés pour compenser la dextérité inférieure du robot par rapport à la main humaine, les doigts réels sont imprimés en 3D et installés dans les pinces du robot.

Après le chargement du programme pour exécution, les mouvements du robot sont générés en utilisant l’information extraite des images clés. L’opération d’assemblage est répétée jusqu’à ce que le robot atteigne le niveau d’autonomie désiré.

Programmation quasi nulle

Les chercheurs ont réalisé avec succès de nombreuses démonstrations à l’aide du robot collaboratif à deux bras YuMi d’ https://new.abb.com/products/robotics/industrial-robots/yumi (ABB). Armé de ses pinces, le robot utilise les composants du système de conception de SARAFun (capteurs visuels 3D, planification de la préhension, détection du glissement, contrôle du mouvement et de la force pour les bras et l’interface homme-robot physique) pour reproduire les tâches bimanuelles démontrées par l’instructeur humain.

«Il en résulte un programme d’assemblage souple capable de s’adapter à l’environnement de travail sans planification spécifique de la part de l’utilisateur. Au regard de la technologie de pointe, l’interface graphique simple est beaucoup plus facile à utiliser pour les non-experts», note le Dr Mariolis. Testé dans différents cas d’utilisation d’assemblage qui impliquent des pièces de téléphones portables et des boutons d’arrêt d’urgence, le système a appris avec succès les tâches d’assemblage démontrées en moins d’une journée.

Innovation révolutionnaire, le robot d’assemblage de SARAFun peut changer de manière radicale le visage de la production industrielle dans le monde entier et favoriser une réévaluation de la fabrication d’assemblages. Les produits à cycle de vie court requièrent des changements fréquents de programmes. Contrairement aux robots actuels qui ne connaissent que leur tâche nominale, ce robot intelligent pour l’assemblage bimanuel de petites pièces possède une capacité illimitée à faire face aux changements réguliers dans la chaîne de production.

SARAFun, assemblage, robot, système robotique, tâche bimanuelle, interface homme-robot, YuMi, ABB

Technologies industrielles

Résultat en bref

Article: classique et amélioré

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Chargés à bloc et prêts à en découdre! Les véhicules électriques s’élancent sur la piste

Si l’on ne se fie qu’aux statistiques, les véhicules électriques ne représentant que 2 % des voitures immatriculées en Europe, il est difficile d’imaginer que l’aube se lève sur l’ère des VE. Et pourtant, les turbulences que traverse le secteur automobile, les nouvelles normes d’émission de l’UE et des innovations récentes devraient contribuer à accélérer cette transition. Cette édition du magazine Research*EU fait la lumière sur quelques-unes des dernières avancées technologiques réalisées dans ce secteur.

magazine research*eu

Article: Magazines consacrés aux résultats et focus

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Un chercheur en robotique avancée remporte le prestigieux prix Early Career Award

Arash Ajoudani, scientifique confirmé à l’Institut italien de technologie, a reçu le prix Early Career Award 2021 de l’IEEE RAS (Institute of Electrical and Electronics Engineers Robotics and Automation Society). Il est le premier chercheur en Italie à recevoir ce prix.

Économie numérique

Actualités

Article: actualités

Progrès scientifiques

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robotique

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psychologie ergonomique

Préparation aux crises – contre-mesures

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PRIMAUTÉ INDUSTRIELLE - Primauté dans le domaine des technologies génériques et industrielles - Technologies de l'information et de la communication (TIC)

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Programme: Base juridique pour le financement de la recherche

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Programme: Partie du programme de travail de la Commission mettant en œuvre la base juridique

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I robot aiutano i giovani studenti ad acquisire più facilmente una seconda lingua

Nel primo studio di questo tipo, una ricerca premiata realizzata da alcuni scienziati finanziati dall’UE ha valutato l’insegnamento della seconda lingua con l’aiuto di un robot umanoide. I risultati potrebbero alla fine favorire i migranti, gli studenti dell’inglese come seconda lingua e gli insegnanti nelle classi più affollate.

Molte persone considerano l’apprendimento di una seconda lingua importante per il futuro dei propri figli. Inoltre, l’acquisizione di nuove lingue è diventata uno strumento essenziale per un’integrazione sana e opportunità economiche con la migrazione, una delle componenti chiave del cambiamento demografico.

Alcuni scienziati finanziati dall’UE hanno avviato il progetto http://www.l2tor.eu/ (L2TOR) per studiare come un robot sociale possa essere utilizzato come tutor per supportare i bambini in età prescolare nell’apprendimento di una seconda lingua.

I robot ottengono il massimo dei voti in molti ambiti

Studi precedenti hanno dimostrato che i robot possono aiutare i bambini a imparare la matematica o la geografia. Secondo il prof. Tony Belpaeme, coordinatore del progetto, «I bambini e gli adulti tendono a imparare di più quando una lezione è tenuta da un robot piuttosto che da una tecnologia alternativa, quale un computer o un tablet. La natura sociale del robot risuona con noi».

I robot non giudicano e sono infinitamente pazienti, un grande supporto per i bambini che non hanno fiducia in se stessi. Inoltre, possono fornire un’attenzione assoluta e una progressione individualizzata.

I ricercatori hanno deciso di vedere cosa può fare un robot per i bambini piccoli che apprendono una seconda lingua, un caso in cui l’accento quasi perfetto rappresenta un ulteriore vantaggio.

Uno studio premiato punta alle limitazioni

L2TOR ha concentrato la propria attenzione sui bambini di circa cinque anni, un’età in cui è possibile acquisire una nuova lingua con competenze native. In uno studio su circa 200 bambini di lingua olandese, un quarto dei bambini apprendeva l’inglese con un robot che faceva gesti, un quarto con un robot che non faceva gesti, un quarto con un tablet e un quarto non riceveva alcun insegnamento di una seconda lingua. Come riferisce Belpaeme, «Abbiamo adottato una prospettiva a lungo termine, trascorrendo oltre tre mesi con ogni bambino. Non si è mai sentita una cosa del genere».

Sorprendentemente, il team ha scoperto che i bambini non apprendevano meglio con il robot, che facesse gesti o meno. I risultati sono illuminanti da diversi punti di vista.

Fondamentalmente, il riconoscimento vocale è ancora tecnicamente abbastanza impegnativo quando si tratta di bambini piccoli. Il robot non ha capito i bambini per la maggior parte del tempo, richiedendo un’interazione tramite tablet piuttosto che con la conversazione. Allo stesso modo, anche la lettura e la scrittura potrebbero supportare l’apprendimento di una seconda lingua. Tuttavia, queste non sono abilità che un bambino di cinque anni acquisisce normalmente. Entrambi i risultati indicano la necessità di uno studio con bambini più grandi.

Infine, il grande studio ha utilizzato un programma di formazione equivalente per tutti i bambini per garantire una base di riferimento ben controllata. Negli esperimenti futuri il robot dovrà adattare le proprie tecniche al profilo di apprendimento e alla personalità del bambino per massimizzare le acquisizioni.

L2TOR è stato il primo studio che ha utilizzato robot per l’insegnamento di una seconda lingua. La documentazione che ha presentato i risultati ha vinto il prestigioso «Best Full Paper Award on HRI User Studies» alla 14a Conferenza internazionale annuale ACM/IEEE sull’interazione uomo-robot (HMI, Human-Robot Interaction).

Gli esiti suggeriscono che i bambini in età prescolare potrebbero non essere i più appropriati date le difficoltà incontrate dal robot con il riconoscimento vocale per i bambini piccoli. Sono necessarie ulteriori ricerche con bambini più grandi.

Secondo Eurostat, erano presenti https://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/pdfscache/1275.pdf (2,4 milioni di immigrati nell’UE provenienti da paesi terzi nel 2017), quindi uno strumento per l’apprendimento delle lingue tra i bambini delle scuole elementari in questa popolazione ampia e spesso vulnerabile avrebbe un impatto importante. Nel frattempo, i robot sono pazienti e stimolanti e potrebbero essere superbi aiutanti nelle aule affollate.

L2TOR, robot, bambini, lingua, seconda lingua, apprendimento, prescolare, riconoscimento vocale

Economia digitale

Società

Risultato in breve

Articolo: classico ed elaborato

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Un ricercatore di robotica avanzata vince il prestigioso Early Career Award

Lo scienziato senior dell’Istituto Italiano di Tecnologia Arash Ajoudani ha ricevuto l’Early Career Award 2021 della Società di robotica e automazione dell’Istituto degli ingegneri elettrici ed elettronici (IEEE RAS). È il primo ricercatore in Italia a ottenere questo premio.

Economia digitale

Notizie

Articolo: notizie

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Inteligentne roboty opanowują sztukę chwytania

Finansowany przez UE projekt SARAFun doprowadził do stworzenia inteligentnego rozwiązania dla użytkowników niebędących ekspertami, umożliwiającego łatwe włączenie nowych dwuręcznych zadań do systemów robotycznych. Może to znacznie zwiększyć możliwości produkcyjne w przemyśle wytwórczym, znacznie zwiększając szybkość produkcji, przy jednoczesnym przejęciu żmudnych zadań na liniach produkcyjnych.

Od kilkudziesięciu lat ludzie coraz częściej wykorzystują roboty do wykonywania różnych zadań. Roboty są szeroko stosowane na liniach produkcyjnych do zadań takich jak montaż samochodów. Jednak pomimo szerokiego sukcesu, automatyczny montaż nadal cierpi z powodu czasu potrzebnego na zaprogramowanie i przeprogramowanie robotów.

Aby sprostać temu wyzwaniu, naukowcy zainicjowali finansowany przez UE projekt http://h2020sarafun.eu/ (SARAFun). Nowe rozwiązanie ma na celu wyposażenie robotów przemysłowych w umiejętności percepcji, uczenia się i rozumowania, dostarczając narzędzi do automatyzacji generowania programów robotów i projektowania sprzętu dostosowanego do konkretnych zadań.

Uczenie się poprzez obserwowanie ludzkich zachowań

„System jest zbudowany w oparciu o koncepcję robota zdolnego do uczenia się i wykonywania zadań montażowych, takich jak wstawianie lub składanie demonstrowane przez instruktora”, wyjaśnia dr Ioannis Mariolis. Po przeanalizowaniu zadania demonstracji robot generuje i wykonuje własny program montażu. W oparciu o informacje zwrotne pochodzące od instruktora oraz sensoryczne sprzężenia zwrotne z czujników wizyjnych, siły i dotykowych, robot może stopniowo poprawiać swoją wydajność pod względem szybkości i wytrzymałości.

Ambitnym celem SARAFun było stworzenie systemu zdolnego do realizacji nowych zadań montażowych w niecały dzień. „Utrzymanie podobnego do ludzkiego zasięgu przy montażu małych części na bardzo małej przestrzeni ma decydujące znaczenie dla zminimalizowania zajmowanej powierzchni w zakładzie. Umożliwia również zainstalowanie robota na stanowiskach pracy obecnie używanych tylko przez ludzi”, dodaje dr Mariolis.

Implementacja interfejsu

W pracach ważną rolę odegrała płynna i solidna interakcja użytkownika z systemem za pomocą interfejsu człowiek-robot. Ten ostatni składa się z różnych modułów umożliwiających operatorowi nauczenie robota zadania montażu i nadzorowanie procesu uczenia się. W fazie nauczania użytkownik tworzy zadanie montażu, określając nazwę, wybierając części, które robot musi złożyć, oraz definiując typ operacji montażu. W następnym kroku elementy montażowe są umieszczane w obrazie z kamery i system jest wzywany do ich identyfikacji. Po wykryciu części operator demonstruje zadanie montażu przed kamerą.

Zarejestrowane informacje są następnie analizowane, a ważne ramy demonstracji zwane ramkami kluczowymi są automatycznie wyodrębniane. Po potwierdzeniu przez użytkownika system wykorzystuje dane z ramek kluczowych, które obejmują pozycje śledzenia części montażowych i dłoni instruktora oraz generują program montażu robota. Proponowane są chwytaki do elementów montażowych wraz z robotycznymi palcami w celu zwiększenia stabilności chwytu. Po ustawieniu pozycji uchwytów i zaprojektowaniu odpowiednich palców w celu skompensowania mniejszej zręczności robota w stosunku do ludzkiej dłoni, rzeczywiste palce są drukowane w 3D i instalowane w chwytakach robota.

Po wczytaniu programu do wykonania ruchy robota generowane są na podstawie informacji uzyskanych z ramek kluczowych. Montaż odbywa się wielokrotnie, aż do osiągnięcia pożądanego poziomu autonomii.

Prawie bez programowania

Naukowcy z powodzeniem przeprowadzili wiele demonstracji przy użyciu dwuramiennego robota YuMi firmy ABB, https://new.abb.com/products/robotics/industrial-robots/yumi (ABB). Wyposażony w chwytaki robot wykorzystuje komponenty systemu projektowania SARAFun – czujniki wizualne 3D, planowanie chwytaków, wykrywanie poślizgu, ruch i sterowanie siłą obu ramion oraz fizyczny interfejs człowiek-robot – do naśladowania dwuręcznych zadań demonstrowanych przez instruktora.

„Rezultatem jest elastyczny program montażu, który można dostosować do środowiska pracy bez konieczności specjalnego planowania przez użytkownika. W porównaniu z najnowocześniejszą technologią, prosty interfejs graficzny jest o wiele łatwiejszy w użyciu dla osób niebędących ekspertami”, zauważa dr Mariolis. System, testowany w różnych konfiguracjach montażowych, obejmujący części telefonów komórkowych i wyłączniki awaryjne, z powodzeniem nauczył się zademonstrowanych zadań montażowych w mniej niż jeden dzień.

Robot montażowy SARAFun, będący przełomowym osiągnięciem technologicznym, może znacząco zmienić produkcję przemysłową na całym świecie i przyczynić się do ponownej oceny produkcji montażowej. Produkty o krótkim cyklu życia pociągają za sobą częste zmiany programów. W przeciwieństwie do dzisiejszych robotów, które znają tylko swoje nominalne zadanie, ten inteligentny robot do ręcznego montażu małych części nie jest ograniczony do radzenia sobie z regularnymi zmianami na linii produkcyjnej.

SARAFun, montaż, robot, system robotyki, zadania dwuręczne, interfejs człowiek-robot, YuMi, ABB

Technologie przemysłowe

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Artykuł: typowe i pogłębione

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Załadowane do pełna i gotowe! Pojazdy elektryczne ruszają na drogi

Rzut oka na statystyki mówiące, że pojazdy elektryczne stanowią około 2 % wszystkich pojazdów rejestrowanych w Unii Europejskiej, może wywołać w nas przekonanie, że na prawdziwe nadejście ery pojazdów elektrycznych będziemy musieli poczekać jeszcze wiele lat. Mimo to ostatnie zawirowania w branży motoryzacyjnej, nowe normy emisji obowiązujące w UE oraz najnowsze innowacje mają potencjał do przyspieszenia zmian i wypierania pojazdów napędzanych paliwami kopalnymi. W tym wydaniu magazynu Research*eu opisujemy kilka ostatnich przełomów technologicznych w tym sektorze.

magazyn research*eu

Artykuł: magazyn nt. wyników i magazyn focus

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Badacz zajmujący się zaawansowaną robotyką zdobywa prestiżową nagrodę Early Career Award

Arash Ajoudani, starszy pracownik naukowy Włoskiego Instytutu Technologii, otrzymał nagrodę Early Career Award 2021 przyznaną przez Robotics and Automation Society – jedną z jednostek Instytutu Inżynierów Elektryków i Elektroników (IEEE RAS) – jako pierwszy włoski naukowiec w historii tego prestiżowego wyróżnienia.

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WIODĄCA POZYCJA W PRZEMYŚLE - Wiodąca pozycja w zakresie technologii prorozwojowych i przemysłowych - Technologie informacyjno-komunikacyjne (ICT)

Podstawa prawna

Program: podstawa prawna finansowania badań

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Podstawa prawna

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Program: część programu prac Komisji wdrażającego podstawę prawną

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