ذاكرة الحاسوب التي تعمل بالهواء يمكن أن تتحكم في حركات الروبوتات الناعمة

قام مهندسون في جامعة كاليفورنيا – ريفرسايد بتطوير ذاكرة حاسوب تعمل بالهواء يمكن أن تساعد في التحكم في حركات الروبوتات الناعمة. وتتناول النظام الجديد واحدًا من أكبر التحديات في روبوتات الناعمة، وهو عدم تطابق بين الأنابيب الهوائية والإلكترونيات.

نشرت الأبحاث في PLOS One.

تستخدم الهواء المضغوط لنقل الأطراف والملقط الناعم للروبوتات الناعمة التي تعمل بالهواء، والتي هي أفضل في أداء المهام الدقيقة من الروبوتات الصلبة التقليدية. وفي الوقت نفسه، فهي أكثر أمانًا.

تعتمد الأنظمة الحالية المستخدمة للتحكم في روبوتات الناعمة التي تعمل بالهواء على صمامات إلكترونية وكمبيوتر ل维持 موقع أجزاء الروبوت المتحركة. ومع ذلك، تزيد الأجزاء الإلكترونية من تكلفة وขนาด ومتطلبات الطاقة لهذه الروبوتات.

قاد الفريق طالب الدكتوراه في الهندسة الحيوية شين هوان، وأستاذ الهندسة الحيوية ويليام غروفر، وأستاذ علوم الحاسوب فيليب بريسك، وأستاذ الهندسة الميكانيكية كونستانتينوس كاريديس. أخذ الفريق الإلهام من الماضي لتطوير مجال روبوتات الناعمة.

تم استخدام “المنطق الهوائي” في الماضي للتحكم في مختلف المنتجات مثل أجهزة التحكم في درجة الحرارة وأنظمة التحكم في المناخ في أوائل التسعينيات. ويعتمد على الهواء بدلاً من الكهرباء، ويتدفق الهواء عبر الدوائر أو القنوات. ويتم استخدام ضغط الهواء لتمثيل قيمة على / قيمة خاطئة، وفي الحواسيب الحديثة، يتم تمثيل ذلك بواسطة 1 و 0 في الكود، والذي يمكن أن يتحكم في الشحنات الكهربائية.

تتطلب روبوتات الناعمة التي تعمل بالهواء تذكر ومaintenance مواقع أجزائها المتحركة، لذلك سعى الباحثون لتطوير “ذاكرة المنطق الهوائي”، والتي يمكن أن تلغي الحاجة إلى الذاكرة الإلكترونية المستخدمة حاليًا.

https://www.youtube.com/watch?v=FnG7ApR5GS0

إنشاء ذاكرة الوصول العشوائي الهوائية

قام الفريق بإنشاء شريحة ذاكرة وصول عشوائي هوائية، أو رام، باستخدام صمامات ميكروفلويديك بدلاً من الترانزستورات الإلكترونية. تم تصميم الصمامات الميكروفلويديكية في الأصل للتحكم في تدفق السوائل على شريحة ميكروفلويديك، وهي قادرة أيضًا على التحكم في تدفق الهواء. يتم غلق الصمامات ضد فرق ضغط، وهذا صحيح حتى عندما يتم فصلها عن خط إمداد الهواء. يخلق هذا النظام différentials ضغط محبوسة، والتي تعمل كذاكرة ويمكن أن تحتفظ بstates أجهزة الروبوت.

من خلال الاعتماد على مصفوفات كثيفة من الصمامات، يمكن أن تؤدي حركات الروبوت عمليات متقدمة. وفي الوقت نفسه، تقلل من الحاجة إلى الأجهزة الإلكترونية باهظة الثمن والثقيلة ومتطلبات الطاقة.

أولًا، قام الفريق بتعديل صمامات ميكروفلويديك حتى تتمكن من التعامل مع معدلات تدفق هواء أكبر. ثم أنتجوا شريحة رام هوائية 8 بت قادرة على التحكم في روبوتات ناعمة أكبر وأسرع قبل دمجها في أيدي مطبوعة ثلاثي الأبعاد.

تعتمد ذاكرة رام الهوائية على الهواء عند ضغط الجو لتمثيل قيمة “0” أو قيمة خاطئة، ويتم استخدام الفراغ لتمثيل قيمة “1” أو قيمة صحيحة. عند الاتصال بضغط الجو، تتمدد أصابع الروبوت الناعمة، وعند الاتصال بالفراغ، تتراجع.

تمكن الباحثون من تغيير مجموعات ضغط الجو والفراغ داخل القنوات على شريحة رام لجعل الروبوت يلعب نوتات وأكوردات وأخيرًا أغنية كاملة على البيانو.

وفقًا للفريق، يمكن استخدام هذا النظام نظريًا للتشغيل الآلي لروبوتات أخرى دون الحاجة إلى الأجهزة الإلكترونية. إنه يحتاج فقط إلى مضخة تعمل بالبطارية لإنشاء فراغ.

لا يوجد أيضًا خطر الإفراط في الضغط والفشل الآلي ونظام التحكم بسبب عدم وجود ضغط إيجابي في النظام. هذا يعني أن هذه الروبوتات أكثر أمانًا حول البشر، لذلك يمكن استخدامها كأجهزة قابلة للارتداء.