Mémoire informatique à air comprimé pour contrôler les mouvements de robots souples

Les ingénieurs de l’Université de Californie à Riverside ont développé une mémoire informatique à air comprimé qui peut aider à contrôler les mouvements des robots souples. Le nouveau système répond à l’un des plus grands défis de la robotique souple, qui est la discordance entre la pneumatique et l’électronique.

La recherche a été publiée dans PLOS One.

L’air comprimé est utilisé pour déplacer les membres et les pinces en caoutchouc souples des robots pneumatiques, qui sont meilleurs pour effectuer des tâches délicates que les robots rigides traditionnels. En même temps, ils sont également plus sûrs.

Les systèmes existants utilisés pour contrôler les robots pneumatiques souples reposent sur des électrovalves et des ordinateurs pour maintenir la position des parties mobiles du robot. Cependant, les composants électroniques augmentent le coût, la taille et les besoins en puissance de ces robots.

L’équipe était dirigée par le doctorant en bioingénierie Shane Hoan, le professeur de bioingénierie William Grover, le professeur de sciences informatiques Phillip Brisk et le professeur de génie mécanique Konstantinos Karydis. L’équipe s’est inspirée du passé pour faire progresser le domaine de la robotique souple.

La « logique pneumatique » a été utilisée autrefois pour contrôler divers produits tels que les thermostats et les systèmes de contrôle climatique dans les années 90. Elle repose sur l’air au lieu de l’électricité, et l’air s’écoule à travers des circuits ou des canaux. La pression de l’air est également utilisée pour représenter les valeurs vrai ou faux, et dans les ordinateurs modernes, cela est représenté par 1 et 0 dans le code, ce qui peut contrôler les charges électriques.

Les robots pneumatiques souples doivent se souvenir et maintenir la position de leurs parties mobiles, les chercheurs ont donc cherché à développer une « mémoire » de logique pneumatique qui pourrait éliminer le besoin de mémoire électronique actuellement utilisée.

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Création de la mémoire aléatoire à accès pneumatique

L’équipe a créé leur mémoire aléatoire à accès pneumatique, ou RAM, en utilisant des électrovalves microfluidiques au lieu de transistors électroniques. Initialement conçus pour contrôler l’écoulement de liquides sur des puces microfluidiques, les électrovalves microfluidiques peuvent également contrôler l’écoulement d’air. Les électrovalves sont scellés contre un différentiel de pression, et cela est vrai même lorsqu’ils sont déconnectés d’une ligne d’alimentation en air. Ce système a créé des différentiels de pression piégés, qui agissent comme des mémoires et peuvent maintenir les états des actionneurs d’un robot.

En s’appuyant sur ces matrices denses d’électrovalves, les mouvements robotiques peuvent effectuer des opérations avancées. En même temps, ils réduisent le besoin de matériel électronique coûteux, encombrant et consommateur de puissance.

L’équipe a tout d’abord modifié les électrovalves microfluidiques pour qu’ils puissent gérer des débits d’air plus importants. Ils ont ensuite produit une puce de RAM pneumatique à 8 bits capable de contrôler des robots souples plus grands et plus rapides avant de l’intégrer dans des mains en caoutchouc imprimées en 3D.

La RAM pneumatique repose sur l’air à pression atmosphérique pour représenter une valeur « 0 » ou FAUX, et le vide est utilisé pour représenter une valeur « 1 » ou VRAI. Lorsqu’ils sont connectés à la pression atmosphérique, les doigts robotiques souples s’étendent, et lorsqu’ils sont connectés au vide, ils se contractent.

Les chercheurs ont pu varier les combinaisons de pression atmosphérique et de vide dans les canaux de la puce de RAM pour faire jouer des notes, des accords et finalement une chanson entière sur un piano au robot.

Selon l’équipe, ce système pourrait théoriquement être utilisé pour faire fonctionner d’autres robots sans avoir besoin de matériel électronique. Il ne nécessite qu’une pompe alimentée par batterie pour créer un vide.

Il n’y a également aucun risque de surpression accidentelle et de défaillance du système de contrôle et du robot en raison de l’absence de pression positive dans le système. Cela signifie que ces robots sont beaucoup plus sûrs pour les humains, ils pourraient donc être utilisés comme appareils portables.