Tutkijat kehittävät uusia ohjausjärjestelmiä pehmeille roboteille

Ryhmä robotiikan tutkijoita, insinöörejä ja materiaalitieteilijöitä Rice Universitysta ja Harvard Universitysta on osoittanut analogisen ja ilmanpainetoimisen ohjausjärjestelmän vaihtoehdot pehmeille roboteille. Ryhmä osoitti, että on mahdollista kehittää ohjelmoitavia, ei-elektronisia piirejä, jotka ohjaavat pehmeiden robottien toimintaa. Nämä piirit toimivat prosessoiden tiedon, joka on koodattu paineilmapulssien muodossa.

Tutkimus julkaistiin Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ohjausjärjestelmän luominen

Colter Decker on tutkimuksen ensisijainen tekijä ja Rice-yliopiston perustutkinto-opiskelija.

”Osana tämän järjestelmän kauneutta on se, että voimme todella pelkistää laskennan sen perusosiin”, Decker sanoi.

Hän myös sanoi, että elektroniset ohjausjärjestelmät on viimeistelty vuosikymmenien ajan, ja rakentamalla tietokoneen piirit uudelleen ”käyttäen painetta ja virtausnopeutta jännitteen ja sähkövirran vastineina”, on helpompi ottaa käyttöön pneumaattinen laskenta.

Decker loi pehmeän robotin ohjausjärjestelmän pääosin arkipäivän materiaaleista, kuten muovipilleistä ja kuminauhoista. Kokeissa järjestelmä osoitti ilmanpainetoimiset logiikkaportit, jotka voitiin konfiguroida suorittamaan toimintoja, joita kutsutaan Boolen funktioiksi, jotka ovat olennaisia modernille laskennalle.

”Tavoitteena ei ollut koskaan korvata täysin elektronisia tietokoneita”, Decker sanoi.

Monissa tapauksissa pehmeät robotit tai puettavat laitteet tarvitsevat vain ohjelmoinnin muutamaksi yksinkertaiseksi liikkeeksi. Uuden teknologian osalta on mahdollista, että se ”olisi paljon halvempi ja turvallisempi käytössä ja paljon kestävämpi” kuin perinteiset elektroniset ohjausjärjestelmät.

Uusi projekti oli useiden tutkimusryhmien yhteistyö, ja siinä oli yhteensä yhdeksän tekijää.

Ryhmä loi kaksi komponenttia. Ensimmäinen on mäntämäinen toimilaite, joka muuntaa ilmanpaineen mekaaniseksi voimaksi. Ja toinen on venttiili, joka voidaan sulkea ja avata. Komponentit valmistettiin erilaisista osista, mukaan lukien muovipillit, joustavat muoviletkut, kuminauhat, pergamenttipaperi ja termoplastiset polyuretaanilevyt.

Komponenttien yhdistäminen yhteen laitteeseen

Kaksi komponenttia voidaan yhdistää yhteen laitteeseen, joka on bistabiili venttiili, joka toimii kytkimenä ja käyttää ilmanpainetta sisään- ja ulostulona. Tietty määrä ilmanpainetta johtaa kytkimen vaihtamiseen kahden tilan välillä, ja venttiilit pidettiin kiinni kuminauhoilla ja ohjelmoitiin lisäämällä tai poistamalla kuminauhoja. Tämä johti muutokseen aktivointiin tarvittavassa ilmanpaineessa.

Kokeet osoittivat, että piirejä voitiin käyttää pehmeän, kädenmuotoisen robotin, pneumaattisen tyynyn ja kenkälaatikon kokoisen robotin ohjaamiseen, joka käveli ennalta ohjelmoitun määrän askelia noutamaan objektin.

Daniel Preston on apulaisprofessori konetekniikassa Rice-yliopistossa ja tutkimuksen tekijä.

”Tämän työn suurin saavutus on sekä digitaalisen että analogisen ohjauksen yhdistäminen samaan järjestelmäarkkitehtuuriin”, Preston sanoi.

Molempien ansiosta pneumaattiset ohjauspiirit voidaan ohjelmoida digitaalisesti ”ykkösillä ja nollilla, joita ajattelet perinteisessä tietokoneessa. Mutta voimme myös tuoda analogiset ominaisuudet, jotka ovat jatkuvia.” hän jatkaa. ”Tämä mahdollistaa koko järjestelmäarkkitehtuurin yksinkertaistamisen ja sellaisten uusien ominaisuuksien saavuttamisen, joita ei ollut aiemmin saatavilla.”