Haideți să abordăm aspecte tehnice cu onsemi: Robotică și inteligență artificială fizică (Physical AI)

Haideți să abordăm aspecte tehnice cu onsemi: Robotică și inteligență artificială fizică (Physical AI)

Explorați intersecția dintre robotică și inteligența artificială fizică (Physica AI) – sisteme de AI integrate în lumea reală – cu accent pe modul în care roboții mobili autonomi (AMR) transformă mediile industriale și comerciale, prin intermediul unei sesiuni de întrebări și răspunsuri dintre Shawn Luke, Inginer de marketing tehnic la DigiKey și partenerii săi de discuție de la onsemi, Bob Card, Director de marketing și Theo Kersjes, responsabil cu dezvoltarea afacerilor și soluțiilor industriale.

AMR-urile se bazează pe o combinație de senzori – precum LiDAR, camere și detectoare cu ultrasunete – pentru a spori siguranța, a îmbunătăți productivitatea și a funcționa eficient în spații complexe. Făcând o paralelă cu industria automobilelor autonome, această conversație subliniază modul în care AMR-urile utilizează tehnologii și principii similare, inclusiv SLAM (Simultaneous Localization and Mapping), pentru a crea hărți precise, în timp real, și pentru a se localiza în medii dinamice. Se evidențiază, de asemenea, felul în care AMR-urile – odinioară limitate la medii interioare controlate – se adaptează tot mai mult la medii exterioare și imprevizibile, datorită progreselor în integrarea senzorilor, a tehnologiilor de calcul la margine (edge) și a inteligenței artificiale. Pe măsură ce aceste tehnologii avansează, AMR-urile vor deveni și mai autonome, adaptabile și esențiale în sectoare ce variază de la logistică și producție la agricultură și inspecția infrastructurii.

Shawn Luke: Ce considerente de proiectare sunt necesare în cazul roboților mai inteligenți de astăzi?

Bob Card: Roboții industriali există de zeci de ani și sunt foarte buni în ceea ce fac, dar pot fi și periculoși pentru oameni atunci când lucrează în apropierea lor, în depozite, fabrici și alte medii similare. Acești roboți nu au fost proiectați să se deplaseze liber în mediul lor, mai ales atunci când acesta este dinamic. Roboții mai inteligenți intervin pentru a se asigura că oamenii care lucrează alături de ei pot colabora în siguranță și armonie fizică.

Theo Kersjes: Există o varietate de senzori – inclusiv senzori cu ultrasunete, senzori de imagine, LiDAR, radar și alții – care permit algoritmului unui robot să perceapă și să navigheze în mediul său, ținând cont în primul rând de siguranța oamenilor. Roboții pot ajuta la rezolvarea unor probleme pe care oamenii nu le pot gestiona, cum ar fi ridicarea unei mașini sau a unui echipament de mari dimensiuni și pot îndeplini sarcini periculoase sau repetitive. Roboții mai inteligenți aduc mai multă flexibilitate și, grație senzorilor, pot îndeplini o gamă mai largă de sarcini – rezultatul convergenței dintre inteligența artificială fizică (Physical AI) și robotică.

Luke: În ce fel sunt AMR-urile similare cu robotica auto?

Card: AMR-urile și automobilele autonome seamănă mult în ceea ce privește sistemele lor de comunicație internă. Tradițional, roboții au utilizat CAN (Controller Area Network), un protocol de comunicație multi-drop pe două fire. onsemi se află însă în fruntea unei noi tehnologii: 10BASE-T1S, un protocol multi-drop bazat pe Ethernet, care folosește tot o pereche torsadată neecranată cu două fire.

Principalele avantaje ale 10BASE-T1S față de CAN:

• Rate de date mai mari: 10BASE-T1S funcționează la 10 Mbps, comparativ cu 2 Mbps pentru CAN standard și 5 Mbps pentru CAN-FD în condiții ideale.
• Complexitate și greutate reduse ale cablajului: aspect esențial pentru sistemele compacte și mobile, cum sunt AMR-urile.
• Eliminarea gateway-urilor: nu mai este necesară conectarea rețelelor CAN și Ethernet prin gateway-uri.

Această inovație urmează o tendință mai amplă, atât în domeniul auto, cât și în robotică, orientată către arhitecturi zonale și tehnologii de comunicație convergente, unde 10BASE-T1S este de așteptat să înlocuiască treptat CAN.

onsemi oferă două controlere 10BASE-T1S, NCN26010 (MAC & PHY) și NCN26000 (doar PHY). Ambele sunt pe deplin compatibile cu specificațiile IEEE802.3cg și includ suport pentru funcția ENI (Enhanced Noise Immunity) dezvoltată de onsemi. ENI extinde lungimea cablului SPE (Single Pair Ethernet) dincolo de specificațiile standard – de la 25 de metri pentru un segment cu 40 de noduri la 50 de metri pentru 16 noduri, sau 60 de metri pentru 6 noduri.

Aceasta evidențiază cum tehnologiile avansate de calcul – odinioară rezervate centrelor de date – rulează acum pe dispozitive edge în robotică, prin platforme precum NVIDIA Jetson și alte procesoare embedded. Este o perioadă interesantă pentru industrie, unde robotica și domeniul auto se suprapun tot mai mult.

Luke: Ce se pregătește în continuare pentru AMR-uri?

Kersjes: Senzorii au evoluat semnificativ din punct de vedere al gamei dinamice, ceea ce le permite roboților să funcționeze eficient în medii necontrolate – cum ar fi agricultura, livrările în exterior și aplicații similare. Senzorii de reacție la forță, de poziție rotativă și de umiditate pot ține cont de multiple variabile de mediu și pot îndeplini sarcini delicate, cum ar fi culegerea fructelor de pădure.

Un exemplu este senzorul de poziție inductiv (IPS) NCS32100, un senzor de poziție rotativ absolut, fără contact, care asigură o precizie de ±50 arcsec până la 6.000 RPM și poate funcționa până la 45.000 RPM (cu precizie redusă). onsemi pune la dispoziție un instrument gratuit de proiectare PCB pentru rotor și stator, facilitând crearea unor soluții de codare precise și rentabile pentru aplicații de robotică avansată.

Card: Roboții au, de asemenea, un potențial uriaș în preluarea sarcinilor periculoase, repetitive sau pur și simplu nedorite, atât în industrie, cât și în viața de zi cu zi – de la curățarea jgheaburilor până la vopsirea caselor.

Kersjes: Stivuitoarele autonome devin esențiale pentru siguranța industrială. Datele OSHA arată că, numai în SUA, au loc aproximativ 35.000 de accidente anual cu operatori de stivuitoare, iar fluctuația de personal pentru acest post depășește 40%. Utilizarea roboților în aceste roluri poate crește mult siguranța în depozite.

Luke: Ne puteți spune mai multe despre localizarea și cartografierea simultană (SLAM) și cum funcționează?

Card: SLAM începe prin utilizarea unui model virtual al depozitului, care permite robotului să își cunoască mediul. El folosește un proces de încercare și eroare pentru a învăța să navigheze, chiar înainte de a fi prezent fizic acolo. Atunci când robotul este instalat, acesta este deja bine antrenat și își va actualiza în permanență harta mediului. Poate chiar să navigheze în jurul obiectelor dinamice, cum ar fi alți roboți prezenți în mediu.

Kersjes: În domeniul auto, acest concept este cunoscut sub numele de „prima mașină”. Un vehicul AMR care întâlnește pentru prima dată un drum sau un obstacol rutier trebuie să învețe din mediul său și apoi să trimită această experiență înapoi în rețea, pentru ca și alte AMR-uri să învețe și să își actualizeze hărțile.

Un sistem de operare pentru roboții mobili permite integrarea senzorilor printr-o tehnologie numită HoloScan, care oferă o interfață rapidă cu senzorii de înaltă definiție sau cu lățime mare de bandă, precum senzorii de imagine, astfel încât ceea ce vede robotul să fie copiat direct în memoria sa pentru procesare. Acest lucru poate fi vital pentru alte utilizări, precum telemedicina, în care un robot operează pe cineva, dar este controlat de la distanță de un medic, unde atât latența, cât și lățimea de bandă a rețelei sunt critice.

Roboții moderni pot folosi două abordări distincte ale controlului și procesului decizional, denumite „System 1” și „System 2”, care corespund unor niveluri diferite de control și cogniție. Sistemul 1 se caracterizează prin comportamente rapide, reactive și adesea preprogramate, similare cu reacțiile instinctive ale oamenilor. Sistemul 2, pe de altă parte, implică decizii mai deliberate, analitice și mai lente, bazate pe calcule complexe și raționament simbolic. Ambele tipuri sunt necesare pentru ca roboții să fie siguri și autonomi în preajma oamenilor.

Luke: Ce tipuri de tehnologie robotică vă atrag atenția?

Kersjes: Tehnologiile pe care le observăm frecvent în diverse plăci de evaluare și în produsele clienților sunt camerele video. Pentru AMR-uri, amplasarea senzorilor este esențială. Dacă vederea este obstrucționată (de exemplu, de obiecte transportate), se folosesc adesea grupuri de senzori montați în colțuri pentru a obține un câmp vizual de 360°.

Tehnologii precum e-fuse (siguranțe electronice) și capabilitățile de resetare controlată (graceful reset capabilities) sunt importante pentru gestionarea energiei și pentru activarea funcțiilor de nivel superior ale robotului, cum ar fi comportamentul inteligent în timpul întreruperilor de alimentare sau al problemelor de navigare.

Card: Gestionarea alimentării este deosebit de importantă pentru roboții mobili, care se bazează pe baterii, nu pe un curent alternativ stabil. Deoarece tensiunea bateriei poate varia semnificativ (de exemplu, 30–42 V pentru un pachet de 10 celule), sunt necesare convertoare DC-DC eficiente (precum familia FAN65000). Aceste convertoare, cu o eficiență de peste 95%, asigură mai multe linii de curent continuu pentru subsisteme și influențează direct durata de viață și eficiența bateriei, oferind o perioadă de funcționare mai mare.

Kersjes: La onsemi, dorim să demonstrăm avantajele produselor – cum ar fi extinderea duratei de viață a bateriei prin cel mai recent și eficient MOSFET Trench 10 – în medii digitale precum NVIDIA Omniverse Isaac Sim. Ideea este să simulăm comportamentele roboților (de exemplu, parcurgerea unor trasee specifice) și să corelăm rezultatele performanțelor (cum ar fi o durată de viață mai lungă a bateriei) cu avantajele hardware subiacente.

Testele de impuls sau termice

Există, de asemenea, interes pentru a evidenția beneficiile reale la nivel de sistem ale componentelor (dincolo de testele de laborator, cum ar fi testele de impuls sau termice), prin integrarea acestora în simulări și evaluări robotice funcționale.

În plus, echipa noastră colaborează cu numeroși parteneri de distribuție care oferă diverse platforme de microcontrolere. Pentru a sprijini acest lucru, sistemul robotic este proiectat folosind containere Docker, ceea ce permite sistemului de operare al robotului (ROS – Robot Operating System) să ruleze într-un mod portabil și flexibil pe diferite platforme hardware. Acestea includ NVIDIA Jetson, D3 Embedded, Advantech, Renesas și AMD.

Această abordare facilitează adaptarea rapidă a software-ului de robotică la diferite ecosisteme partenere.

Luke: Încotro credeți că se îndreaptă viitorul roboticii?

Card: Considerăm că 2025 va fi “anul în care se va demonstra că robotul poate face orice”, având în vedere numeroasele inovații de nivel superior care se maturizează în acest domeniu. De la tehnologii precum camerele iToF (indirect Time-of-Flight), capabile să măsoare distanțele față de obiecte prin analiza modului în care undele luminoase modulate se reflectă pe suprafețe și se întorc la senzor, până la AI fizică, creată pentru a accelera procesul de învățare și instruire a roboților.

Toate aceste tehnologii bazate pe senzori, necesare pentru aplicații variate, ajută sistemele robotice să rămână sigure și eficiente într-o gamă largă de utilizări – ceea ce va conduce la o creștere semnificativă a adoptării și volumului roboților în anii următori.

Pentru mai multe informații, consultați pagina de aplicații și tehnologii pentru robotică sau centrul de marketing al furnizorului onsemi pe DigiKey.com.

Glosar de termeni

• AI fizică (Physical AI) – creată pentru a integra inteligența artificială direct în lumea fizică, permițând roboților să interacționeze autonom și în siguranță cu mediul.
• AMR (Autonomous Mobile Robot) – robot mobil autonom, capabil să se deplaseze și să ia decizii fără intervenție umană.
• SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) – proces prin care un robot își construiește harta mediului și se localizează în același timp.
• 10BASE-T1S – protocol Ethernet pe două fire (Single Pair Ethernet), care permite comunicație multi-drop la viteze de 10 Mbps, reducând complexitatea și greutatea cablajului.
• ENI (Enhanced Noise Immunity) – tehnologie dezvoltată de onsemi pentru a extinde lungimea și fiabilitatea conexiunilor Single Pair Ethernet, reducând interferențele.
• IPS (Inductive Position Sensor) – senzor inductiv de poziție, folosit pentru măsurarea unghiurilor de rotație cu precizie ridicată, fără contact mecanic.
• iToF (indirect Time-of-Flight) – tehnologie de măsurare a distanței prin analizarea timpului necesar undelor luminoase modulate să se reflecte și să revină la senzor.
• ROS (Robot Operating System) – cadru software open-source care oferă biblioteci și instrumente pentru dezvoltarea și controlul roboților.
• Docker – platformă software care permite rularea aplicațiilor în containere portabile și independente de sistemul hardware.