باحثون يخترعون أنظمة تحكم جديدة للروبوتات الناعمة

فريق من باحثي الروبوتات والمهندسين وعلوم المواد من جامعة رايس وجامعة هارفارد قد أظهر أنظمة تحكم مطابقة ومدفوعة بالهواء للروبوتات الناعمة. وأظهر الفريق أنه من الممكن تطوير دوائر غير إلكترونية قابلة للبرمجة للسيطرة على أفعال الروبوتات الناعمة. تعمل هذه الدوائر من خلال معالجة المعلومات المخزنة في انفجارات من الهواء المضغوط.

نشر البحث في مجلة الأكاديمية الوطنية للعلوم.

إنشاء نظام التحكم

كولتر ديكر هو المؤلف الرئيسي للدراسة وطالب في جامعة رايس.

“جزء من جمال هذا النظام هو أننا قادرون حقًا على تقليل الحوسبة إلى مكوناتها الأساسية”، قال ديكر.

كما قال إن أنظمة التحكم الإلكترونية قد تم تحسينها لعدة عقود، وبإعادة إنشاء دارات الحاسوب “باستخدام تماثلات للضغط ومعدل التدفق بدلاً من الجهد والتيار”، من الأسهل دمج الحوسبة النفاثة.

خلق ديكر نظام التحكم في الروبوتات الناعمة في الغالب من المواد اليومية، مثل القصبات البلاستيكية والرباطات المطاطية. في التجارب، أظهر النظام بوابات منطقية مدفوعة بالهواء يمكن تكوينها للقيام بعمليات تسمى الدوال البولية، والتي هي أساسية للحوسبة الحديثة.

“الهدف لم يكن أبدًا استبدال الكمبيوترات الإلكترونية بشكل كامل”، قال ديكر.

في العديد من الحالات، لا تحتاج الروبوتات الناعمة أو الملابس إلى برمجة أكثر من بضع حركات بسيطة. وفيما يتعلق بالتكنولوجيا الجديدة، من الممكن أن تكون “أرخص وأمانًا للاستخدام وأكثر متانة” من التحكم الإلكتروني التقليدي.

كان المشروع الجديد تعاونًا بين عدة مجموعات بحثية وعدد من تسعة مؤلفين.

أنشأ الفريق مكونين. الأول هو محرك شبه مسطوم يترجم الضغط الجوي إلى قوة ميكانيكية. والثاني هو صمام يمكن إيقاف تشغيله وتنشيطه. تم بناء المكونات من أجزاء مختلفة، بما في ذلك القصبات البلاستيكية والأنابيب المطاطية المرنة والرباطات المطاطية وورق البرشمان وأوراق البولي يوريثان الحراري.

دمج المكونات في جهاز واحد

يمكن دمج المكونين في جهاز واحد، وهو صمام ثنائي الاستقرار يعمل مثل مفتاح ويتطلب ضغط الهواء كمدخل ومخرج. يؤدي كمية معينة من ضغط الهواء إلى تبديل المفتاح بين الحالتين، ويتم حجز الصمامات مغلقة بواسطة الرباطات المطاطية وبرمجة إضافة أو إزالة الرباطات المطاطية. هذا يؤدي إلى تغيير في كمية الضغط المطلوبة للتنشيط.

أظهرت الاختبارات أن الدوائر يمكن استخدامها للسيطرة على روبوت ناعم على شكل يد، ومكعب هوائي وحقيبة روبوتية بحجم صندوق الأحذية تم برمجة خطوات معينة للوصول إلى كائن.

دانيال بريستون هو أستاذ مساعد في الهندسة الميكانيكية في جامعة رايس وشارك في تأليف الدراسة.

“الإنجاز الأكبر في هذا العمل هو دمج التحكم الرقمي والتناظري في نفس هيكل النظام”، قال بريستون.

مع كليهما، يمكن برمجة دوائر التحكم النفاثة رقميًا بالوحدات الثنائية “الوحدات والصفر التي تفكر فيها في حاسوب تقليدي. ولكننا يمكننا أيضًا إدخال قدرات تناظرية، أشياء متواصلة”، يستمر. “هذا يسمح لنا بتبسيط هيكل النظام بشكل كبير وتحقيق قدرات جديدة لم تكن متاحة في الأعمال السابقة”.