Výzkumníci vytvářejí nové řídicí systémy pro měkké roboty

Tým robotických výzkumníků, inženýrů a materiálových vědců z Rice University a Harvard University demonstroval analogové a vzduchem poháněné řídicí systémy pro měkké roboty. Tým ukázal, že je možné vyvinout programovatelné, neelektronické obvody pro řízení akcí měkkých robotů. Tyto obvody fungují tak, že zpracovávají informace zakódované v pulzech stlačeného vzduchu.

Výzkum byl zveřejněn v Proceedings of the National Academy of Sciences.

Vytvoření řídicího systému

Colter Decker je hlavní autor studie a student bakalářského studia na Rice University.

„Část krásy tohoto systému spočívá v tom, že jsme opravdu schopni snížit výpočet na jeho základní komponenty,“ řekl Decker.

Také uvedl, že elektronické řídicí systémy byly zdokonaleny po desetiletí a tím, že se počítačové obvody „rekonstruují s tlakem a průtokem jako protějšky napětí a proudu“, je jednodušší začlenit pneumatické výpočty.

Decker vytvořil měkký robotický řídicí systém většinou z běžných materiálů, jako jsou plastová brčka a gumové pásky. V experimentech systém prokázal vzduchem poháněné logické brány, které mohly být nakonfigurovány pro provedení operací nazývaných booleanové funkce, které jsou zásadní pro moderní výpočetní techniku.

„Cílem nebylo nikdy zcela nahradit elektronické počítače,“ řekl Decker.

Ve mnoha případech měkké roboty nebo nositelná zařízení potřebují být programována pouze pro několik jednoduchých pohybů. Co se týče nové technologie, je možné, že by „byla mnohem levnější a bezpečnější pro použití a mnohem odolnější“ než tradiční elektronické řídicí systémy.

Nový projekt byl spoluprací mezi několika výzkumnými skupinami a celkem devíti spoluautory.

Tým vytvořil dvě komponenty. První je aktuátor podobný pístu, který překládá vzduchový tlak na mechanickou sílu. A druhá je ventil, který může být zapnutý a vypnutý. Komponenty byly sestaveny z různých částí, včetně plastových brček, flexibilních plastových trubek, gumových pásků, pergamenového papíru a termoplastických polyuretanových fólií.

Kombinace komponent do jednoho zařízení

Dvě komponenty mohly být kombinovány do jednoho zařízení, jehož základem byl bistabilní ventil, fungující jako spínač a využívající vzduchový tlak jako vstup a výstup. Konkrétní množství vzduchového tlaku způsobilo přepnutí spínače mezi dvěma stavy a ventily byly drženy uzavřeny gumovými páskami a programovány přidáním nebo odebráním gumových pásků. To vedlo ke změně množství tlaku potřebného pro aktivaci.

Testy prokázaly, že obvody mohly být použity pro řízení měkkého, robota ve tvaru ruky, pneumatického polštáře a robotu velikosti krabice od bot, který šel předem naprogramovaný počet kroků, aby získal objekt.

Daniel Preston je odborník na strojírenství na pozici assistant professor na Rice a spoluautor studie.

„Největším úspěchem této práce je začlenění digitálního i analogového řízení do stejné systémové architektury,“ řekl Preston.

S oběma, pneumatické řídicí obvody mohou být programovány digitálně s „jedničkami a nulami, které si představíte u tradičního počítače. Ale můžeme také začlenit analogové schopnosti, věci, které jsou kontinuální.“ pokračuje. „To nám umožňuje opravdu zjednodušit celkovou systémovou architekturu a dosáhnout nových schopností, které nebyly dostupné v předchozích pracích.“