باحثون يبتكرون أنظمة تحكم جديدة للروبوتات اللينة

فريق من باحثي الروبوتات والمهندسين وعلماء المواد من جامعة رايس وجامعة هارفارد قد أظهر خيارات لأنظمة تحكم تناظرية 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 المشفّرة في نبضات 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 الهوائية.

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 الأجهزة القابلة للارتداء 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 وما مجموعه تسعة مؤلفين مشاركين.

أنشأ الفريق مكونين. الأول هو مُشغّل يشبه المكبس يحوّل ضغط الهواء إلى قوة ميكانيكية. والثاني هو صمام يمكن إيقاف تشغيله وتنشيطه. تم بناء المكونات من أجزاء مختلفة، بما في ذلك القصبات البلاستيكية والأنابيب البلاستيكية المرنة والرباطات المطاطية وورق البرشمان وصفائح البولي يوريثان اللدن حراريًا.

دمج المكونات في جهاز واحد

يمكن دمج المكونين في جهاز واحد، وهو صمام ثنائي الاستقرار يعمل مثل مفتاح ويستخدم ضغط الهواء كمدخل ومخرج. تؤدي 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، ووسادة هوائية وروبوت بحجم صندوق أحذية يمشي عددًا مبرمجًا مسبقًا من الخطوات لاسترجاع جسم.

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 الهوائية رقميًا بالوحدات الثنائية “الواحدات والأصفار التي تتخيلها 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”.