Αεροκίνητη Μνήμη Υπολογιστή Μπορεί να Ελέγξει Κινήσεις Μαλακών Ρομποτικών

Οι μηχανικοί στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας – Riverside έχουν αναπτύξει μια αεροκίνητη μνήμη υπολογιστή που μπορεί να βοηθήσει στον έλεγχο των κινήσεων των μαλακών ρομποτικών. Το νέο σύστημα αντιμετωπίζει одну από τις μεγαλύτερες προκλήσεις στη ρομποτική, η οποία είναι η ανισορροπία μεταξύ πνευματικών και ηλεκτρονικών συστημάτων.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο PLOS One.

Πιεσμένος αέρας χρησιμοποιείται για να κινηθεί τα μαλακά, ελαστικά άκρα και γρίπερ των πνευματικών μαλακών ρομποτικών, τα οποία είναι καλύτερα στο να εκτελούν λεπτές εργασίες από τα παραδοσιακά σκληρά ρομποτικά. Ταυτόχρονα, είναι επίσης ασφαλέστερα.

Τα υπάρχοντα συστήματα που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο των πνευματικών μαλακών ρομποτικών βασίζονται σε ηλεκτρονικές βαλβίδες και υπολογιστές για να διατηρήσουν τη θέση των κινούμενων μερών του ρομποτικού. Ωστόσο, τα ηλεκτρονικά μέρη αυξάνουν το κόστος, το μέγεθος και τις απαιτήσεις ενέργειας των ρομποτικών.

Η ομάδα ήταν υπό την ηγεσία του φοιτητή διδακτορικού προγράμματος Shane Hoan, του καθηγητή βιομηχανικής William Grover, του καθηγητή επιστήμης υπολογιστών Phillip Brisk και του μηχανικού καθηγητή Konstantinos Karydis. Η ομάδα έπαιρνε έμπνευση από το παρελθόν για να προωθήσει το πεδίο της μαλακής ρομποτικής.

Η “πνευματική λογική” χρησιμοποιούνταν στο παρελθόν για να ελέγξει διάφορα προϊόντα όπως θερμοστάτες και συστήματα ελέγχου κλίματος στις αρχές της δεκαετίας του 1990. Βασίζεται στον αέρα αντί για την ηλεκτρικότητα, και ο αέρας ρέει μέσα από κυκλώματα ή κανάλια. Η πίεση του αέρα χρησιμοποιείται επίσης για να αντιπροσωπεύσει on/off ή true/false, και στους σύγχρονους υπολογιστές, αυτό αντιπροσωπεύεται από το 1 και το 0 στο κώδικα, το οποίο μπορεί να ελέγξει ηλεκτρικές χρεώσεις.

Τα πνευματικά μαλακά ρομποτικά απαιτούν να θυμάται και να διατηρήσει τις θέσεις των κινούμενων μερών τους, οπότε οι ερευνητές έθεσαν ως στόχο να αναπτύξουν πνευματική λογική “μνήμη”, η οποία θα μπορούσε να εξαλείψει την ανάγκη για την ηλεκτρονική μνήμη που χρησιμοποιείται σήμερα.

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

Δημιουργία της Πνευματικής Τυχαίας Πρόσβασης Μνήμης

Η ομάδα δημιούργησε το πνευματικό τυχαίο πρόσβασης μνήμης, ή RAM, chip χρησιμοποιώντας μικροϋδροδυναμικές βαλβίδες αντί για ηλεκτρονικούς μετα晶ιστές. Αρχικά σχεδιασμένες για να ελέγξουν τη ροή των υγρών σε μικροϋδροδυναμικές πλάκες, οι μικροϋδροδυναμικές βαλβίδες μπορούν επίσης να ελέγξουν τη ροή του αέρα. Οι βαλβίδες είναι σφραγισμένες ενάντια σε διαφορά πίεσης, και αυτό είναι αλήθεια ακόμη και όταν είναι αποσυνδεδεμένες από μια γραμμή αέρα. Αυτό το σύστημα δημιούργησε παγιδευμένες διαφορές πίεσης, οι οποίες λειτουργούν ως μνήμες και μπορούν να διατηρήσουν τις καταστάσεις των ενεργειών του ρομποτικού.

Βάσει αυτών των πυκνών πλεγμάτων βαλβίδων, οι κινήσεις του ρομποτικού μπορούν να εκτελέσουν προηγμένες λειτουργίες. Ταυτόχρονα, μειώνουν την ανάγκη για ακριβά, βαρέα και ενεργοβόρα ηλεκτρονικά συστήματα.

Η ομάδα πρώτα τροποποίησε τις μικροϋδροδυναμικές βαλβίδες ώστε να μπορέσουν να χειριστούν μεγαλύτερες ροές αέρα. Στη συνέχεια παρήγαγαν ένα 8-bit πνευματικό RAM chip που ήταν ικανό να ελέγξει μεγαλύτερα και ταχύτερα κινούμενα μαλακά ρομποτικά πριν από την ενσωμάτωσή του σε 3D-εκτυπωμένα χέρια από καουτσούκ.

Η πνευματική RAM βασίζεται στην ατμοσφαιρική πίεση για να αντιπροσωπεύσει μια “0” ή FALSE τιμή, και το κενό χρησιμοποιείται για να αντιπροσωπεύσει μια “1” ή TRUE τιμή. Όταν συνδέεται με την ατμοσφαιρική πίεση, τα μαλακά δακτυλικά του ρομποτικού επεκτείνονται, και όταν συνδέεται με το κενό, συστέλλονται.

Οι ερευνητές μπόρεσαν να ποικίλουν τις συνδυασίες της ατμοσφαιρικής πίεσης και του κενού μέσα στα κανάλια της RAM πλάκας για να κάνουν το ρομποτικό να παίζει νότες, ακορδές και τελικά ένα ολόκληρο τραγούδι σε ένα πιάνο.

Σύμφωνα με την ομάδα, αυτό το σύστημα θα μπορούσε θεωρητικά να χρησιμοποιηθεί για να λειτουργήσει άλλα ρομποτικά χωρίς την ανάγκη ηλεκτρονικού υλικού. Απαιτεί μόνο μια μπαταρία-κίνητη αντλία για να δημιουργήσει ένα κενό.

Δεν υπάρχει επίσης κανένας κίνδυνος τυχαίας υπερπίεσης και αποτυχίας του ρομποτικού και του συστήματος ελέγχου χάρη στην απουσία θετικής πίεσης στο σύστημα. Αυτό σημαίνει ότι αυτά τα ρομποτικά είναι πολύ ασφαλέστερα γύρω από τους ανθρώπους, οπότε θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως φορητές συσκευές.