Voditelj: izv. prof. dr. sc. Ervin Kamenar
Područje rada laboratorija:
Laboratorij za bioinspiriranu robotiku bavi se razvojem robotskih sustava inspiriranih principima iz prirode, s posebnim naglaskom na meku robotiku. Područje rada uključuje konstrukciju i izradu mekih robotskih aktuatora, modeliranje dinamičkih sustava, primjenu metoda strojnog učenja u modeliranju i regulaciji te integraciju biomedicinskih senzora u robotske sustave.
Značajan istraživački smjer laboratorija predstavlja primjena teorije Koopman operatora za razvoj podatkovno vođenih modela i regulatora te njihovu primjenu u robotskim sustavima. Ovaj pristup omogućuje učinkovitu aproksimaciju nelinearne dinamike u linearnom prostoru, čime se otvaraju nove mogućnosti za napredno upravljanje, predikciju i optimizaciju.
Poseban fokus stavlja se na primjene u rehabilitacijskoj robotici i sigurnoj interakciji čovjeka i robota, uz snažnu eksperimentalnu komponentu i aktivno uključivanje studenata u istraživački rad.
Aktivnosti Laboratorija za bioinspiriranu robotiku
Aktivnosti i novosti laboratorija i istraživačke skupine dostupne su na vanjskim stranicama.
Značajnija oprema laboratorija
EMG sustav i dinamometar za mjerenje mišićne aktivnosti i sile stiska
Shimmer3 jedinice. Laboratorij raspolaže s 4 Shimmer3 EMG jedinice za mjerenje elektromiografskih (EMG) signala te s kompletnim Consensys EMG razvojnim setom. Riječ je o bežičnim, neinvazivnim senzorima namijenjenima mjerenju električne aktivnosti mišića u stvarnom vremenu. Sustavi omogućuju prikupljanje podataka o aktivaciji mišića, procjenu mišićne aktivnosti i biomehanike pokreta te analizu koordinacije, zamora i neuromuskularnih obrazaca.
Vernier ručni dinamometar. Ovaj ručni dinamometar se koristi za validaciju mjerenja sile stiska šake i procjenu mišićne snage. Uređaj omogućuje pouzdanu kvantitativnu evaluaciju biomehaničkih karakteristika mišića šake i podlaktice te služi za verifikaciju eksperimentalnih rezultata.
Ova oprema se koristi za:
- Razvoj i validaciju mjernih sustava u rehabilitacijskoj robotici.
- Prikupljanje podataka za razvoj podatkovno vođenih modela pomoću metoda Koopman operatora.
- Integraciju biosignala u sustave upravljanja mekih robotskih aktuatora s primjenom u rehabilitacijskoj robotici.
- Korelaciju odnosa između mišićne aktivnosti i generirane sile.
Formlabs Form 4 sustav za 3D ispis mekih robotskih komponenti
Sustav je zajednička istraživačka oprema Laboratorija za konstruiranje mehatroničkih sustava, Laboratorija za hidrauliku i pneumatiku te Laboratorija za bioinspiriranu robotiku Tehničkog fakulteta Sveučilišta u Rijeci.
Radi se o profesionalnom stereolitografskom 3D pisaču Formlabs Form 4, namijenjenom izradi preciznih prototipova i funkcionalnih komponenti od fotopolimernih smola. Tehnologija omogućuje izradu dijelova složene geometrije, tankih stijenki i finih konstrukcijskih detalja, što je posebno važno pri razvoju mekih pneumatskih aktuatora, bioinspiriranih robota, nosivih rehabilitacijskih uređaja i drugih mehatroničkih sustava.
Uz pisač se koriste uređaji Form Wash V2 i Form Cure druge generacije. Form Wash omogućuje automatizirano pranje ispisanih dijelova i uklanjanje ostataka smole, dok Form Cure omogućuje kontrolirano UV očvršćivanje i toplinsku obradu radi postizanja konačnih mehaničkih svojstava materijala. Sustav uključuje i fleksibilnu radnu platformu, spremnik i miješalicu za smolu te pripadajuću opremu za završnu obradu.
Oprema se koristi za:
- razvoj i izradu prototipova mekih robotskih aktuatora, bioinspiriranih robota i rehabilitacijskih uređaja
- izradu kirigami struktura, složenih pneumatskih kanala, tankostijenih struktura i prilagođenih komponenti
- ispitivanje novih konstrukcijskih rješenja i fleksibilnih fotopolimernih materijala
- eksperimentalnu karakterizaciju i numeričko modeliranje hiperelastičnih materijala
- validaciju modela razvijenih primjenom metode konačnih elemenata i podatkovno vođenih metoda
- brzu izradu i doradu prototipova tijekom iterativnog procesa razvoja.
Nabava sustava financirana je sredstvima projekata Sveučilišta u Rijeci “Eksperimentalna karakterizacija i numeričko modeliranje hiperelastičnih materijala za primjenu u mekoj robotici” te “Biomimetički meki pneumatski roboti temeljeni na kirigami dizajnu“.
Aktivni projekti
Napredni meki roboti: razvoj, modeliranje i regulacija na temelju eksperimentalnih podataka (2026. – 2031.)
Projekt Hrvatske zaklade za znanost usmjeren na razvoj naprednih mekih robota. Istraživanja obuhvaćaju biomehatroničko projektiranje, odabir i karakterizaciju materijala, matematičko i numeričko modeliranje te razvoj podatkovno vođenih metoda regulacije temeljenih na Koopman operatoru.
Poseban naglasak stavljen je na primjenu mekih robota u robotskoj rehabilitaciji, mjerenje mišićne aktivnosti pomoću površinske elektromiografije te procjenu i predviđanje sile stiska u stvarnom vremenu. Projekt povezuje inženjerska i medicinska istraživanja s ciljem razvoja prilagodljivih, sigurnih i učinkovitih rehabilitacijskih uređaja.
Više o HRZZ projektu i aktivnostima
Dekompozicija sEMG signala za primjenu u rehabilitacijskoj robotici koristeći teoriju Koopman operatora (2025. – 2029.)
Projekt Sveučilišta u Rijeci usmjeren je na razvoj metoda za dekompoziciju površinskih elektromiografskih signala u stvarnom vremenu primjenom teorije Koopman operatora i dinamičke dekompozicije modova. Cilj je izdvojiti aktivnost motoričkih jedinica i povezati je sa silom stiska pri različitim vrstama hvata.
Razvijene metode trebale bi omogućiti precizniju, interpretabilniju i računalno učinkovitu analizu mišićne aktivnosti. Dobiveni rezultati koristit će se za razvoj prilagodljivih mekih robotskih sustava za rehabilitaciju, koji mogu reagirati na mišićnu aktivnost i individualne potrebe korisnika u stvarnom vremenu.
Više o UNIRI projektu i aktivnostima
Izabrane publikacije
Bazina, T., Kamenar, E., Fonoberova, M., & Mezić, I. (2025). Koopman-driven grip force prediction through EMG sensing. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering.
Haggerty, D. A., Banks, M. J., Kamenar, E., Cao, A. B., Curtis, P. C., Mezić, I., & Hawkes, E. W. (2023). Control of soft robots with inertial dynamics. Science robotics, 8(81), eadd6864.