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

قام المهندسون في جامعة كاليفورنيا – ريفرسايد بتصميم ذاكرة كمبيوتر تعمل بالهواء يمكن أن تساعد في التحكم في حركات الروبوتات الناعمة. يعالج النظام الجديد واحدًا من أكبر التحديات في روبوتات الناعمة، وهو عدم تطابق بين الهيدروليك والإلكترونيات.

نشرت الأبحاث في PLOS One.

يستخدم الهواء المضغوط لنقل الأطراف والملقط الناعم من الروبوتات الهوائية الناعمة، والتي تتفوق في أداء المهام الدقيقة أكثر من الروبوتات الصلبة التقليدية. وفي الوقت نفسه، فهي أكثر أمانًا.

تعتمد الأنظمة الحالية المستخدمة للتحكم في روبوتات الناعمة الهوائية على صمامات إلكترونية وكمبيوتر ل维持 موقع الأجزاء المتحركة للروبوت. ومع ذلك، تزيد الأجزاء الإلكترونية من التكلفة والحجم ومتطلبات الطاقة لهذه الروبوتات.

قاد الفريق الطلاب الشباب شين هوان، وأستاذ الهندسة الحيوية ويليام جروفر، وأستاذ علوم الحاسوب فيليب بريسك، وأستاذ الهندسة الميكانيكية كونستانتينوس كاريديس. أخذ الفريق الإلهام من الماضي لتطوير مجال روبوتات الناعمة.

كانت “المنطق الهوائي” تستخدم في السابق للتحكم في منتجات مختلفة مثل أجهزة التحكم في درجة الحرارة وأنظمة التحكم في المناخ في أوائل التسعينيات. وهي تعتمد على الهواء بدلاً من الكهرباء، وتتدفق الهواء عبر الدوائر أو القنوات. كما يتم استخدام ضغط الهواء لتمثيل قيم على/إيقاف أو صحيح/خطأ، وفي الكمبيوترات الحديثة، يتم تمثيلها بواسطة 1 و 0 في الكود، والتي يمكن أن تتحكم في الشحنات الكهربائية.

تتطلب روبوتات الناعمة الهوائية تذكر الحفاظ على مواقع أجزائها المتحركة، لذلك قام الباحثون بتطوير “ذاكرة المنطق الهوائي” التي يمكن أن تلغي الحاجة إلى الذاكرة الإلكترونية الحالية.

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

إنشاء ذاكرة الوصول العشوائي الهوائية

قام الفريق بإنشاء شريحة ذاكرة الوصول العشوائي الهوائي، أو ذاكرة الوصول العشوائي، باستخدام صمامات ميكروفلويديك بدلاً من الترانزستورات الإلكترونية. تم تصميم صمامات ميكروفلويديك في الأصل للتحكم في تدفق السوائل على شريحة ميكروفلويديك، وهي قادرة أيضًا على التحكم في تدفق الهواء. يتم إغلاق الصمامات ضد فرق ضغط، وهذا صحيح حتى عند فصلها عن خط إمداد الهواء. هذا النظام يخلق فروق ضغط محبوسة، والتي تعمل كذاكرة ويمكن أن تحتفظ بحالات محركات الروبوت.

من خلال الاعتماد على مصفوفات كثيفة من الصمامات، يمكن أن تقوم حركات الروبوتات بأداء عمليات متقدمة. وفي الوقت نفسه، تقلل من الحاجة إلى الأجهزة الإلكترونية باهظة الثمن والضخمة ومستهلكة للطاقة.

قام الفريق بتعديل صمامات ميكروفلويديك بحيث يمكنها التعامل مع معدلات تدفق هواء أكبر. ثم أنتجوا شريحة ذاكرة وصول عشوائي هوائية 8 بت قادرة على التحكم في روبوتات ناعمة أكبر وأسرع قبل دمجها في أيدي مطبوعة ثلاثية الأبعاد من المطاط.

تعتمد ذاكرة الوصول العشوائي الهوائية على هواء الضغط الجوي لتمثيل قيمة “0” أو خطأ، ويتم استخدام فراغ لتمثيل قيمة “1” أو صحيح. عند الاتصال بضغط الجو، تتمدد أصابع الروبوت الناعم، وعند الاتصال بفراغ، تتقلص.

تمكن الباحثون من تغيير مجموعات الضغط الجوي وفراغ داخل القنوات على شريحة ذاكرة الوصول العشوائي الهوائي لجعل الروبوت يلعب نوتات واكوردات 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 موصولة بالبطارية لإنشاء فراغ.

لا يوجد هناك خطر من زيادة الضغط الخاطئ وخلل في نظام الروبوت والتحكم بسبب عدم وجود ضغط إيجابي في النظام. هذا يعني أن هذه الروبوتات أكثر أمانًا حول البشر، لذلك يمكن استخدامها كأجهزة قابلة للارتداء.