Ερευνητές δημιουργούν νέα συστήματα ελέγχου για μαλακά ρομπότ

Μια ομάδα ερευνητών ρομποτικής, μηχανικών και επιστημόνων υλικών από το Πανεπιστήμιο Ράις και το Πανεπιστήμιο Χάρβαρντ έχει επιδείξει αναλογικά και αεροκίνητα συστήματα ελέγχου για μαλακά ρομπότ. Η ομάδα έδειξε ότι είναι δυνατό να αναπτυχθούν προγραμματιζόμενα, μη ηλεκτρονικά κυκλώματα για τον έλεγχο των ενεργειών των μαλακών ρομπότ. Αυτά τα κυκλώματα λειτουργούν με την επεξεργασία πληροφοριών που κωδικοποιούνται σε παλμούς πεπιεσμένου αέρα.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο Proceedings of the National Academy of Sciences.

Δημιουργία του Συστήματος Ελέγχου

Ο Colter Decker είναι ο κύριος συγγραφέας της μελέτης και προπτυχιακός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο Ράις.

«Μέρος της ομορφιάς αυτού του συστήματος είναι ότι μπορούμε πραγματικά να μειώσουμε τον υπολογισμό στα βασικά του στοιχεία», είπε ο Decker.

Είπε επίσης ότι τα ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου έχουν βελτιωθεί για δεκαετίες και αναδημιουργώντας την ηλεκτρονική κυκλωματική «με πίεση και παροχή ως ανάλογα της τάσης και του ρεύματος», είναι ευκολότερο να ενσωματωθεί η πνευματική υπολογιστική.

Ο Decker δημιούργησε το σύστημα ελέγχου μαλακών ρομπότ κυρίως από καθημερινές ύλες, όπως πλαστικά καλαμάκια και λαστιχάκια. Σε πειράματα, το σύστημα επέδειξε πύλες λογικής που λειτουργούν με αέρα που μπορούσαν να ρυθμιστούν για να εκτελέσουν λειτουργίες που ονομάζονται Μπουλικές συναρτήσεις, οι οποίες είναι απαραίτητες για τον σύγχρονο υπολογισμό.

«Ο στόχος δεν ήταν ποτέ η πλήρης αντικατάσταση των ηλεκτρονικών υπολογιστών», είπε ο Decker.

Σε πολλές περιπτώσεις, τα μαλακά ρομπότ ή οι φορετές συσκευές χρειάζονται μόνο να προγραμματιστούν για μερικές απλές κινήσεις. Όσον αφορά την νέα τεχνολογία, είναι δυνατό ότι «θα ήταν πολύ φθηνότερο και ασφαλέστερο για χρήση και πολύ πιο ανθεκτικό» από τα παραδοσιακά ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου.

Το νέο έργο ήταν μια συνεργασία μεταξύ πολλών ερευνητικών ομάδων και συνολικά εννέα συν-συγγραφέων.

Η ομάδα δημιούργησε δύο στοιχεία. Το πρώτο είναι ένας πιστονόμορφος ενεργοποιητής που μετατρέπει την πίεση του αέρα σε μηχανική δύναμη. Και το δεύτερο είναι μια βαλβίδα που μπορεί να απενεργοποιηθεί και να ενεργοποιηθεί. Τα στοιχεία κατασκευάστηκαν από διάφορα μέρη, συμπεριλαμβανομένων πλαστικών καλαμακιών, εύκαμπτων πλαστικών σωλήνων, λαστίχων, χαρτιού ψησίματος και φύλλων θερμοπλαστικής πολυουρεθάνης.

Συνδυασμός Στοιχείων σε Μονάδα

Τα δύο στοιχεία μπορούσαν να συνδυαστούν σε μια μονάδα, η οποία ήταν μια δισταθής βαλβίδα που λειτουργούσε σαν διακόπτης και χρησιμοποιούσε την πίεση του αέρα ως είσοδο και έξοδο. Μια συγκεκριμένη ποσότητα πίεσης του αέρα οδηγεί στο διακόπτη να αλλάξει μεταξύ των δύο καταστάσεων, και οι βαλβίδες κρατούνταν κλειστές από ελαστικά και προγραμματίζονταν με την προσθήκη ή αφαίρεση ελαστικών. Αυτό οδήγησε σε μια αλλαγή της ποσότητας πίεσης που χρειαζόταν για ενεργοποίηση.

Δοκιμές επέδειξαν ότι τα κυκλώματα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τον έλεγχο ενός μαλακού, χειρομορφικού ρομπότ, ενός πνευματικού μαξιλαριού και ενός ρομπότ μεγέθους κουτιού παπουτσιών που περπατούσε έναν προγραμματισμένο αριθμό βημάτων για να ανακτήσει ένα αντικείμενο.

Ο Daniel Preston είναι επίκουρος καθηγητής μηχανολογίας στο Πανεπιστήμιο Ράις και συν-συγγραφέας της μελέτης.

«Η μεγαλύτερη επιτυχία σε αυτό το έργο είναι η ενσωμάτωση και ψηφιακών και αναλογικών ελέγχων στο ίδιο σύστημα αρχιτεκτονικής», είπε ο Preston.

Με τον συνδυασμό των δύο, τα πνευματικά κυκλώματα ελέγχου μπορούν να προγραμματιστούν ψηφιακά με τα «ένα και μηδέν που σκέφτεστε σε έναν παραδοσιακό υπολογιστή. Αλλά μπορούμε επίσης να φέρουμε αναλογικές ικανότητες, πράγματα που είναι συνεχή». συνεχίζει. «Αυτό μας επιτρέπει πραγματικά να απλοποιήσουμε την αρχιτεκτονική του συστήματος και να επιτύχουμε νέες ικανότητες που δεν ήταν προσβάσιμες σε προηγούμενη εργασία».