Mit seiner selbst entwickelten fingertip - genauen bionischen visuell - taktilen Sensorik möchte Yimu Technology Robotern "Augen, die den Tastsinn wahrnehmen können" verleihen.

Mit der raschen Entwicklung von Bereichen wie humanoiden Robotern, industrieller Automatisierung und haushaltsnahen Intelligeräten ist die "Wahrnehmungsfähigkeit" zum Kernkriterium für die Bewertung des Intelligenzniveaus von Robotern geworden. Derzeit sind die Wahrnehmungstechnologien wie Sehen und Hören relativ ausgereift, aber das Tastsinnesempfinden, als die "letzte Meile" der Interaktion zwischen Robotern und der physischen Welt, ist seit langem an technologischen Engpässen gebunden.

Herkömmliche visuell-tastische Lösungen leiden allgemein unter Problemen wie großer Größe, deutlichem Temperaturdrift, Wahrnehmungslücken und Abhängigkeit von importierten Materialien. Sie können die Anwendungsanforderungen bei feinmechanischen Operationen und unter komplexen Betriebsbedingungen kaum erfüllen und stellen somit ein Schlüsselhindernis für die Weiterentwicklung von Robotern hin zu "geschickten Operationen" und "autonomen Entscheidungen" dar.

Vor diesem Hintergrund hat Yimu Technology, das seit zehn Jahren in der Robot-Wahrnehmungsbranche tätig ist, kürzlich den dünnsten bionischen visuell-tastischen Sensor der Welt vorgestellt, der für die Branche neue Vorstellungsmöglichkeiten für die kommerzielle Umsetzung von "Tastsinnsintelligenz" eröffnet.

Yimu Technology wurde 2016 gegründet und ist ein Unternehmen, das sich auf die Wahrnehmungs-getriebene Künstliche Intelligenzrechnung konzentriert. In Bezug auf die Geschäftsentwicklung hat Yimu Technology drei Kernbereiche etabliert: Instrumentenintelligenz, Elektrogeräteintelligenz und Embodied Intelligence (eingebettete Intelligenz).

Darunter hat der Geschäftsbereich "Instrumentenintelligenz", der auf der Chipisierung von Molekülspektrometern basiert, bereits eine reife kommerzielle Umsetzung erreicht. Das Jahresumsatz liegt im Bereich von Hunderten von Millionen Yuan und das Unternehmen macht kontinuierlich Gewinn. Die Produkte werden hauptsächlich in Anwendungen wie Wasserqualitätsüberprüfung und Laboranalysen eingesetzt und haben erfolgreich die europäische und amerikanische Produkte im chinesischen Markt ersetzt. Der Geschäftsbereich "Elektrogeräteintelligenz", der sich auf die Künstliche Intelligenz von Haushaltsrobotern und Haushaltsgeräten konzentriert, befindet sich derzeit in der frühen Phase der Zusammenarbeit mit großen Kunden und wird in den nächsten ein bis zwei Jahren wahrscheinlich ein skaliertes Wachstum verzeichnen. Der Geschäftsbereich "Embodied Intelligence", der auf visuell-tastischen Sensoren basiert, hat bereits eine große Anzahl von Aufträgen erhalten und wird voraussichtlich im nächsten Jahr einen explosionsartigen Anstieg verzeichnen.

Der Geschäftsbereich "Instrumentenintelligenz" ist derzeit immer noch der wichtigste Umsatzerlöser, während die "Embodied Intelligence" als der zukünftige Kernmotor für das Wachstum angesehen wird. Die Idee, in den Geschäftsbereich "Embodied Intelligence" einzusteigen, entstand Ende 2023.

Vor dem offiziellen Start des Projekts hat das Team viel Zeit in die Marktforschung investiert, von Herstellern von Greifhanden, Robot-Herstellern bis hin zu Lieferanten von Greifzangen. Schließlich wurde festgestellt, dass die "zu große Größe" das am häufigsten von den Kunden genannte Problem war. "Die Dicke herkömmlicher visuell-tastischer Lösungen liegt im Allgemeinen über 20 Millimetern. Nicht einmal in die Hände kleiner Roboter können sie integriert werden, geschweige denn, dass sie mit gängigen Greifhanden kompatibel wären. Sie würden den Arbeitsraum einengen und die Bewegungsflexibilität beeinträchtigen, so dass sie in vielen Anwendungen überhaupt nicht eingesetzt werden können", sagte Li Zhiqiang, Gründer von Yimu Technology.

Daher war es das Entwicklungsziel von Yimu Technology, einen extrem dünnen und flexiblen visuellen Sensor zu entwickeln, der für alle Anwendungen geeignet ist. Dazu hat das Team die geometrische Optik, die Modellberechnung und die Chipisierungstechnologie umfassend optimiert und im Oktober dieses Jahres auf der International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) das Ergebnis präsentiert. Der bionische visuell-tastische Sensor von Yimu Technology hat eine Berührungsfläche in der Form einer menschlichen Fingerkuppe. Seine Größe und Dicke nähern sich denen eines menschlichen Fingerspitze, und die Dicke beträgt nur die Hälfte vergleichbarer Produkte auf dem Markt.

Um die Probleme herkömmlicher Lösungen wie Temperaturdrift bei verschiedenen Temperaturen und Wahrnehmungslücken zu lösen, hat das Team ein eigenes Wahrnehmungsalgorithmus integriert, um eine lückenlose Berechnung zu erreichen und die Schutzklasse IP65 zu erreichen, um die Stabilität und Genauigkeit unter komplexen Betriebsbedingungen sicherzustellen.

In Bezug auf die Wahrnehmungsleistung hat der Sensor eine Auflösung von Mikrometer für die Verformungsberechnung, eine Kraftauflösung von 0,005 N und eine maximale Ausgangsrate von 120 fps. Mit diesen Leistungsmerkmalen kann der Roboter sehr leichte Druckänderungen erfassen und Daten in Echtzeit mit hoher Geschwindigkeit ausgeben, um eine zeitnahe und genaue taktile Rückmeldung für feinmechanische Operationen zu liefern.

In Bezug auf die technische Zuverlässigkeit hat Yimu Technology durch die Optimierung des abriebfesten weichen Elastomers und des Marker-Verfahrens die Grenzen der Materialwissenschaft überschritten, so dass die mechanischen Eigenschaften des Produkts den Langzeittest für die Haltbarkeit bestanden. Dies bedeutet, dass der Sensor nicht nur in Laborumgebungen stabil funktioniert, sondern auch den strengen Anforderungen verschiedener komplexer Anwendungen in der Praxis gewachsen ist.

Der Durchbruch in der Materialwissenschaft ist besonders wichtig. Im Gegensatz zu den meisten Unternehmen in der Branche, die auf europäische und amerikanische importierte Materialien angewiesen sind, hat Yimu Technology ein professionelles Team aufgebaut, um das Material für die flexible elektronische Haut selbst zu entwickeln. Dadurch wird nicht nur das Risiko der "Engpässe" gebrochen, sondern es wird auch eine stabile Leistung bei Millionen von Drücken und Tausenden von Querscherkräften erreicht. Die Empfindlichkeit und Konsistenz werden erheblich verbessert. Dies bedeutet, dass der Sensor nicht nur in Laborumgebungen stabil funktioniert, sondern auch den strengen Anforderungen verschiedener komplexer Anwendungen in der Praxis gewachsen ist.

Darüber hinaus hat Yimu Technology in der optischen Gestaltung einen eigenentwickelten Full-Stack-Simulationsworkflow eingesetzt, um die Lücke zwischen Simulation und Realität zu verringern. Diese Technologie ermöglicht es dem Sensor, eine Vielzahl von Tests und Optimierungen in einer virtuellen Umgebung durchzuführen, was die Produktentwicklung erheblich beschleunigt und die Entwicklungskosten effektiv senkt.

"Die Entstehung dieses Sensors ist das Ergebnis der Zusammenarbeit unseres interdisziplinären Teams. Von den Materialien über die Chips bis hin zu den Algorithmen wird alles selbst entwickelt, um die Kernkompetenz des Produkts sicherzustellen", betonte Li Zhiqiang.

Warum konnten die langfristig bestehenden Probleme in der Branche so lange nicht gelöst werden? Li Zhiqiang gab zwei Kerngründe an: Erstens beinhaltet die visuell-tastische Technologie die Interdisziplinarität vieler Fachgebiete und erfordert die Integration von Fähigkeiten in den Bereichen Materialwissenschaft, Optik und Chips. Die meisten Teams der Konkurrenten sind jedoch jung und haben eine einseitige Fachrichtung, so dass es ihnen schwer fällt, alle Aspekte abzudecken. Zweitens waren die früheren Technologielösungen nicht ausgereift, so dass die Marktbedürfnisse nicht aktiviert wurden und die Kunden den Anwendungsnutzen des "Tastsinnesempfindens" nicht ausreichend erkannten.

Nachdem das Produkt vorgestellt wurde, haben Tesla, chinesische führende Robot-Unternehmen und Kernlieferanten Kontakt aufgenommen und Kooperationsverträge unterzeichnet. Das Produkt befindet sich derzeit in der Phase der kommerziellen Anwendung.

Li Zhiqiang erklärte, dass die Installation dieses Sensors dem Roboter im Wesentlichen "Augen" verleiht, die "Tastsinnesempfindungen" sehen können. Die Kerntechnologie besteht darin, dass die eingebauten Kameras die leichten Verformungen des elastischen Materials erfassen, wenn es mit einem Objekt in Kontakt kommt, um eine Sequenz von hochauflösenden "Tastsinnesfotos" zu erhalten. Anschließend werden durch Künstliche Intelligenz reiche taktile Signale berechnet.

Darüber hinaus kann der bionische visuell-tastische Sensor von Yimu Technology gleichzeitig die Weichheit oder Härte eines Objekts, seine Oberflächenstruktur und sogar die Gleitrichtung "empfinden". Diese hochwertigen taktilen Informationen ermöglichen es dem Roboter, die Eigenschaften von Objekten genauer zu erkennen und somit wie ein Mensch verschiedene feinmechanische Operationen auszuführen.

"Um das ausländische Monopol zu brechen, muss man von der Basis der Technologie her vorankommen, anstatt einfach zu kopieren", betonte Li Zhiqiang, als er über die Erfahrungen bei der chinesischen Substitution sprach. Am Beispiel der Chipisierung von Molekülspektrometern hat das Team den traditionellen technologischen Ansatz der großen europäischen und amerikanischen Instrumente verlassen. Basierend auf den wissenschaftlichen Ergebnissen, die der Gründer während seiner Doktorarbeit erzielt hat, hat das Team die Chipisierungstechnologie eingesetzt, um die Kosten und die Größe erheblich zu reduzieren. Darüber hinaus wurde ein Künstliche-Intelligenz-Algorithmus integriert, um den gesamten Prozess von der Probenahme über die Analyse bis zur Berichterstellung von traditionell einem bis zwei Tagen auf zwei bis drei Sekunden zu verkürzen.

Dieser Ansatz der "Basisinnovation + Integration von Künstlicher Intelligenz" wird auch auf den visuell-tastischen Sensor angewendet. Das Team hat die technologischen Probleme herkömmlicher Lösungen analysiert und von der optischen Chiptechnologie über die Materialwissenschaft bis hin zu den Algorithmen eine umfassende Grundlagenforschung durchgeführt, anstatt einfach zu imitieren. Am Ende hat es eine Leistungssteigerung erreicht.

Für die zukünftige Planung wird Yimu Technology sich weiterhin auf den Bereich der "Embodied Intelligence" konzentrieren. Kurzfristig plant das Unternehmen, im Jahr 2026 eine verbesserte Version des VTLA-Modells mit integriertem taktilen Ausrichtungsalgorithmus vorzustellen, um die Lücke in der taktilen Wahrnehmung der aktuellen großen Modelle zu schließen. Gleichzeitig wird die Weiterentwicklung des nächsten Generations visuell-tastischen Sensors vorangetrieben, mit dem Ziel, eine Reaktionszeit von 2 Millisekunden und eine Dicke von weniger als 2 Millimetern zu erreichen, um "um Welten" voraus zu sein.

Langfristig wird das Unternehmen in den nächsten 3 - 5 Jahren entlang zweier Linien voranschreiten: "Berührung der technologischen Obergrenze der Embodied Intelligence" und "Vervollständigung der industriellen Umsetzung". Einerseits wird es danach streben, die Leistung der Sensoren um Vielfaches zu verbessern. Andererseits wird es durch die Full-Stack-Selbstentwicklung, die automatisierte Produktion und die Massenbeschaffung die Kosten senken und die skalierte Umsetzung erreichen.

Angesichts der zunehmend heftigen Branchenkonkurrenz ist nach Li Zhiqiang die Schlüssel zur Führung die "strategische Entschlossenheit" und die "systematische Fähigkeit". Strategisch konzentriert sich das Unternehmen auf die Wahrnehmung und die dazugehörigen Algorithmen und betritt nicht in die Bereiche der Robot-Hersteller oder Greifzangenhersteller. Durch die offene Zusammenarbeit wird eine gute Ökosystem aufgebaut. "Einige Mitbewerber erweitern blindlings ihre Geschäftsbereiche und geraten dadurch in Konkurrenz mit ihren Kunden. Wir konzentrieren uns jedoch auf unseren Kernbereich und können so das Vertrauen unserer Partner gewinnen."

In Bezug auf die systematische Fähigkeit hat Yimu Technology einen vollständigen Prozess von der Marktanalyse, der Grundlagenforschung, der Produktentwicklung bis zur industriellen Massenproduktion aufgebaut. Das Team wurde in fast zehn Jahren aufgebaut und hat Doktoranden aus weltbekannten Universitäten wie der Carnegie Mellon University, Harvard University und Tsinghua University angesammelt, die in den Bereichen Materialwissenschaft, Optik, Chips und Algorithmen tätig sind.

Wenn es um die aktuellen Schwächen geht, sagte Li Zhiqiang ehrlich, dass trotz des vollständigen Systems die Knappheit an Fachkräften immer noch die größte Herausforderung ist, insbesondere angesichts des wachsenden Interesses an der "Embodied Intelligence", was die Konkurrenz um hochqualifizierte Mitarbeiter heftig macht. Zweitens gibt es immer noch Lücken in der Realität der taktilen Simulation und der Fähigkeit der gesamten Kette der geschlossenen Schleife der Steuerung von großen Künstliche-Intelligenz-Modellen, die durch kontinuierliche Investitionen überwunden werden müssen. Darüber hinaus müssen auch die Kapazitätsausweitung und die Betriebsoptimierung in Zukunft verbessert werden.