Tutkijat luovat uusia ohjausjärjestelmiä pehmeille roboteille

Ryhmä robottiikan 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 robotien toimintaa. Nämä piirit toimivat prosessoiden tiedon, joka on koodattu ilmanpainepurkausten muodossa.

Tutkimus julkaistiin Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ohjausjärjestelmän luominen

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

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

Hän myös sanoi, että elektroniset ohjausjärjestelmät on viimeistelty vuosikymmenien ajan, ja uudelleenluomalla tietokoneen piirikertymän ”analogioiden paineelle ja virtausnopeudelle sijasta jännitettä ja virtaa”, on helpompi ottaa käyttöön pneumaattinen laskenta.

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

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

Monissa tapauksissa pehmeät robotit tai wearable-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 pistorasia, joka kääntää ilmanpainetta mekaaniseksi voimaksi. Ja toinen on venttiili, jota voidaan sammuttaa ja käyttää. Komponentit valmistettiin erilaisista osista, mukaan lukien muoviputket, joustava muoviputki, kuminauhat, pergamenttipaperi ja termoplastinen polyuretaanilevy.

Komponenttien yhdistäminen yhteen laitteeseen

Kaksi komponenttia voidaan yhdistää yhteen laitteeseen, joka on bistabiili venttiili, joka toimii kytkimenä ja käyttää ilmanpainetta syötteenä ja tulosteen. Tietty määrä ilmanpainetta johtaa kytkimen vaihtamiseen kahden tilan välillä, ja venttiilit pidettiin kiinni kuminauhoilla ja ohjelmoitiin lisäämällä tai poistamalla kuminauhoja. Tämä johti muutokseen ilmanpainetta, joka tarvitaan aktivoimiseen.

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

Daniel Preston on apulaisprofessori mekanisen insinöörityön alalla Rice-yliopistossa ja tutkimuksen tekijä.

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

Molemmat, pneumaattiset ohjauspiirit voidaan ohjelmoida digitaalisesti ”ykkösillä ja nollailla, joita ajattelet perinteisessä tietokoneessa. Mutta voimme myös tuoda analogiset ominaisuudet, jotka ovat jatkuvia.” hän jatkaa. ”Tämä mahdollistaa järjestelmäarkkitehtuurin yksinkertaisen ja saavuttaa uudet ominaisuudet, joita ei ollut aiemmin saatavilla.”