Luftdrevet Computerhukommelse Kan Kontrollere Bløde Robotbevægelser

Ingeniører fra University of California – Riverside har udviklet en luftdrevet computerhukommelse, der kan hjælpe med at kontrollere bevægelserne af bløde robotter. Det nye system løser en af de største udfordringer i blød robotteknologi, som er misforholdet mellem pneumatiske og elektroniske systemer.

Forskningen er offentliggjort i PLOS One.

Trykt luft bruges til at flytte de bløde, gummiagtige lemmer og griber på pneumatiske bløde robotter, som er bedre til at udføre følsomme opgaver end traditionelle stive robotter. Samtidig er de også sikrere.

De eksisterende systemer, der bruges til at kontrollere pneumatiske bløde robotter, afhænger af elektroniske ventiler og computere til at opretholde positionen af robotternes bevægelige dele. Imidlertid øger elektroniske dele omkostningerne, størrelsen og strømforbruget af sådanne robotter.

Teamet blev ledt af bioingeniør-doktoranden Shane Hoan, bioingeniørprofessor William Grover, computer science-professor Phillip Brisk og maskiningeniørprofessor Konstantinos Karydis. Teamet fik inspiration fra fortiden for at fremme feltet af blød robotteknologi.

“Pneumatiske logik” blev engang brugt til at kontrollere forskellige produkter som termostater og klimakontrolsystemer i begyndelsen af 1990’erne. Det afhænger af luft i stedet for elektricitet, og luften flyder gennem kredsløb eller kanaler. Luftpresning bruges også til at repræsentere på/på eller sandt/falsk, og i moderne computere repræsenteres dette af 1 og 0 i kode, som derefter kan kontrollere elektriske ladninger.

Pneumatiske bløde robotter kræver, at de kan huske og opretholde positionen af deres bevægelige dele, så forskerne satte sig for at udvikle pneumatiske logik-“hukommelse”, som kunne eliminere behovet for den elektroniske hukommelse, der i øjeblikket bruges.

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

Oprettelse af Pneumatiske Random-Adgangs-Hukommelse

Teamet oprettede deres pneumatiske random-adgangs-hukommelse, eller RAM, chip ved at bruge mikrofluidiske ventiler i stedet for elektroniske transistorer. Oprindeligt designede til at kontrollere flyden af væsker på mikrofluidiske chip, kan mikrofluidiske ventiler også kontrollere luftflowet. Ventilerne er forseglet mod en trykdifference, og dette er sandt, selv når de er afbrudt fra en luftforsyningslinje. Dette system oprettede fængslede trykdifferencer, som fungerer som hukommelse og kan opretholde tilstandene af en robotters aktuatorer.

Ved at afhænge af disse tætte arrays af ventiler kan robotbevægelserne udføre avancerede operationer. Samtidig reducerer de behovet for dyre, bulke og strømforbrugende elektroniske hardware.

Teamet modificerede først mikrofluidiske ventiler, så de kunne håndtere større luftflow-rater. De producerede derefter en 8-bit pneumatiske RAM-chip, der var i stand til at kontrollere større og hurtigere bevægelige bløde robotter, før de integrerede den i 3D-udskrevne gummihænder.

Den pneumatiske RAM afhænger af atmosfærisk tryk luft til at repræsentere en “0” eller FALSKE værdi, og vakuum bruges til at repræsentere en “1” eller SAND værdi. Når de er forbundet til atmosfærisk tryk, udvider de bløde robotfingre, og når de er forbundet til vakuum, trækker de sig tilbage.

Forskerne kunne variere kombinationerne af atmosfærisk tryk og vakuum inden for kanalerne på RAM-chippen for at få robotten til at spille noter, akkorder og til sidst en hel sang på et klaver.

Ifølge teamet kunne dette system teoretisk bruges til at operere andre robotter uden behov for elektronisk hardware. Det kræver kun en batteridreven pumpe til at oprette et vakuum.

Der er også ingen risiko for utilsigtet overtrykning og robot- og kontrolsystemfejl takket være fraværet af positivt tryk i systemet. Dette betyder, at disse robotter er langt sikrere omkring mennesker, så de kunne bruges som bærbare enheder.