Vzduchově poháněná počítačová paměť může ovládat pohyby měkkých robotů

Inženýři z Kalifornské univerzity v Riverside vyvinuli vzduchově poháněnou počítačovou paměť, která může pomoci ovládat pohyby měkkých robotů. Nový systém řeší jednu z největších výzev v oblasti měkké robotiky, kterou je nesoulad mezi pneumatikou a elektronikou.

Výzkum byl zveřejněn v PLOS One.

Stlačený vzduch se používá k pohybu měkkých, gumových končetin a griperů pneumatických měkkých robotů, které jsou lepší při provádění jemných úkolů než tradiční pevné roboty. Současně jsou také bezpečnější.

Existující systémy používané k ovládání pneumatických měkkých robotů spoléhají na elektronické ventily a počítače k udržení polohy pohyblivých částí robota. Nicméně elektronické součástky zvyšují náklady, velikost a energetické nároky těchto robotů.

Tým byl veden bioinženýrským doktorským studentem Shanem Hoanem, profesorem bioinženýrství Williamem Groverem, profesorem počítačových věd Phillipem Briskem a profesorem mechanického inženýrství Konstantinosem Karydisem. Tým čerpal inspiraci z minulosti, aby pokročil v oblasti měkké robotiky.

„Pneumatická logika“ se dříve používala k ovládání různých produktů, jako jsou termostaty a systémy klimatizace, na počátku 90. let. Spoléhá na vzduch místo elektřiny a vzduch proudí skrz obvody nebo kanály. Vzduchový tlak se také používá k reprezentaci zapnuto/vypnuto nebo pravda/nepravda, a v moderních počítačích je to reprezentováno čísly 1 a 0 v kódu, které poté mohou ovládat elektrické náboje.

Měkké pneumatické roboty vyžadují, aby si pamatovaly a udržovaly polohu svých pohyblivých částí, a proto se výzkumníci pokusili vyvinout pneumatickou logiku „paměť“, která by mohla eliminovat potřebu elektronické paměti, která se目前 používá.

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

Vytvoření pneumatické paměti s náhodným přístupem

Tým vytvořil svou pneumatickou paměť s náhodným přístupem, nebo RAM, čip pomocí mikrofluidních ventilů místo elektronických tranzistorů. Původně navržené k ovládání toku kapalin na mikrofluidních čipách, mikrofluidní ventily jsou také schopny ovládat tok vzduchu. Ventily jsou utěsněny proti tlakovému rozdílu a to je pravda i když jsou odpojeny od vzduchové hadice. Tento systém vytvořil zachycené tlakové rozdíly, které fungují jako paměť a mohou udržovat stavy aktuatorů robota.

Spoléhání se na tyto husté pole ventilů, pohyby robota mohou provádět pokročilé operace. Současně snižují potřebu drahého, objemného a energeticky náročného elektronického hardwaru.

Tým nejprve upravil mikrofluidní ventily, aby mohli zpracovat větší tok vzduchu. Poté vyrobili 8bitový pneumatický RAM čip, který byl schopen ovládat větší a rychlejší měkké roboty, než jej začlenili do 3D tištěných gumových rukou.

Pneumatická RAM spoléhá na atmosférický tlak vzduchu k reprezentaci hodnoty „0“ nebo NEPRAVDA, a vakuum se používá k reprezentaci hodnoty „1“ nebo PRAVDA. Když je připojeno k atmosférickému tlaku, měkké robotické prsty se prodlužují a když je připojeno k vakuum, smršťují se.

Výzkumníci byli schopni měnit kombinace atmosférického tlaku a vakua v kanálech na RAM čipu, aby robot hrál tóny, akordy a nakonec celou píseň na klavír.

Podle týmu by tento systém teoreticky mohl být použit k ovládání jiných robotů bez potřeby elektronického hardwaru. Stačí pouze bateriový čerpadlo k vytvoření vakua.

Také neexistuje žádné riziko náhodného přetlaku a selhání robotického a řídicího systému díky absenci pozitivního tlaku v systému. To znamená, že tyto roboty jsou mnohem bezpečnější kolem lidí, a proto by mohly být použity jako nositelná zařízení.