Luftgesteuertes Computer-Speicher kann weiche Roboterbewegungen steuern

Ingenieure an der University of California – Riverside haben ein luftgesteuertes Computer-Speicher entwickelt, das die Bewegungen von weichen Robotern steuern kann. Das neue System löst eines der größten Probleme in der weichen Robotik, nämlich die Diskrepanz zwischen Pneumatik und Elektronik.

Die Forschung wurde in PLOS Oneveröffentlicht.

Druckluft wird verwendet, um die weichen, gummiartigen Gliedmaßen und Greifer von pneumatischen weichen Robotern zu bewegen, die besser darin sind, feine Aufgaben auszuführen als traditionelle starre Roboter. Gleichzeitig sind sie auch sicherer.

Die bestehenden Systeme, die verwendet werden, um pneumatische weiche Roboter zu steuern, verlassen sich auf elektronische Ventile und Computer, um die Position der beweglichen Teile des Roboters aufrechtzuerhalten. Allerdings erhöhen elektronische Teile die Kosten, die Größe und die Leistungsanforderungen solcher Roboter.

Das Team wurde von Bioingenieur-Doktorand Shane Hoan, Bioingenieur-Professor William Grover, Informatik-Professor Phillip Brisk und Maschinenbau-Professor Konstantinos Karydis geleitet. Das Team ließ sich von der Vergangenheit inspirieren, um das Feld der weichen Robotik voranzutreiben.

“Pneumatische Logik” wurde einst verwendet, um verschiedene Produkte wie Thermostate und Klimaanlagen in den frühen 1990er Jahren zu steuern. Sie verlässt sich auf Luft anstelle von Elektrizität, und die Luft fließt durch Schaltkreise oder Kanäle. Luftdruck wird auch verwendet, um ein/aus oder wahr/falsch darzustellen, und in modernen Computern wird dies durch 1 und 0 in Code dargestellt, was dann elektrische Ladungen steuern kann.

Pneumatische weiche Roboter müssen die Positionen ihrer beweglichen Teile merken und aufrechterhalten, sodass die Forscher sich daran machten, pneumatische Logik-“Speicher” zu entwickeln, die den Bedarf an elektronischem Speicher eliminieren könnten, der derzeit verwendet wird.

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Erstellung des pneumatischen Random-Access-Speichers

Das Team erstellte seinen pneumatischen Random-Access-Speicher, oder RAM, Chip, indem es Mikrofluidik-Ventile anstelle von elektronischen Transistoren verwendete. Ursprünglich dazu konzipiert, den Fluss von Flüssigkeiten auf Mikrofluidik-Chips zu steuern, können die Mikrofluidik-Ventile auch den Luftfluss steuern. Die Ventile sind gegen einen Druckunterschied abgedichtet, und dies gilt auch, wenn sie nicht an eine Luftzuführungsleitung angeschlossen sind. Dieses System erzeugt eingeschlossene Druckunterschiede, die als Speicher dienen und die Zustände der Aktuatoren eines Roboters aufrechterhalten können.

Indem sie sich auf diese dichten Arrays von Ventilen verlassen, können die Roboterbewegungen fortschrittliche Operationen ausführen. Gleichzeitig reduzieren sie den Bedarf an teuren, sperrigen und leistungsintensiven elektronischen Hardware.

Das Team modifizierte die Mikrofluidik-Ventile zunächst so, dass sie größere Luftflussraten bewältigen konnten. Dann produzierten sie einen 8-Bit-pneumatischen RAM-Chip, der in der Lage war, größere und schnellere weiche Roboter zu steuern, bevor sie ihn in 3D-gedruckte Gummihände integrierten.

Der pneumatische RAM verlässt sich auf atmosphärischen Druck, um einen “0”- oder FALSCH-Wert darzustellen, und Vakuum wird verwendet, um einen “1”- oder WAHR-Wert darzustellen. Wenn er mit atmosphärischem Druck verbunden ist, erstrecken sich die weichen Roboterfinger, und wenn er mit Vakuum verbunden ist, ziehen sie sich zurück.

Die Forscher konnten die Kombinationen von atmosphärischem Druck und Vakuum in den Kanälen auf dem RAM-Chip variieren, um den Roboter Noten, Akkorden und schließlich ein ganzes Lied auf einem Klavier spielen zu lassen.

Laut dem Team könnte dieses System theoretisch verwendet werden, um andere Roboter ohne die Notwendigkeit von elektronischer Hardware zu betreiben. Es benötigt nur eine batteriebetriebene Pumpe, um ein Vakuum zu erzeugen.

Es besteht auch kein Risiko eines unbeabsichtigten Überdrucks und eines Roboters und eines Kontrollsystemfehlers aufgrund der Abwesenheit von positivem Druck im System. Dies bedeutet, dass diese Roboter um ein Vielfaches sicherer in der Nähe von Menschen sind, sodass sie als tragbare Geräte verwendet werden könnten.