Memoria informatica azionata ad aria può controllare i movimenti dei robot morbidi

Gli ingegneri dell’Università della California – Riverside hanno sviluppato una memoria informatica azionata ad aria che può aiutare a controllare i movimenti dei robot morbidi. Il nuovo sistema affronta una delle sfide più grandi nella robotica morbida, ovvero la mancanza di coordinazione tra pneumatica ed elettronica.

La ricerca è stata pubblicata in PLOS One.

L’aria compressa viene utilizzata per muovere le membra e le pinze morbide e in gomma dei robot morbidi pneumatici, che sono migliori nell’esecuzione di compiti delicati rispetto ai robot rigidi tradizionali. Allo stesso tempo, sono anche più sicuri.

I sistemi esistenti utilizzati per controllare i robot morbidi pneumatici si basano su valvole elettroniche e computer per mantenere la posizione delle parti mobili del robot. Tuttavia, le parti elettroniche aumentano il costo, le dimensioni e le esigenze di potenza di tali robot.

Il team era guidato dal dottorando in bioingegneria Shane Hoan, dal professore di bioingegneria William Grover, dal professore di informatica Phillip Brisk e dal professore di ingegneria meccanica Konstantinos Karydis. Il team ha tratto ispirazione dal passato per avanzare nel campo della robotica morbida.

La “logica pneumatica” era stata utilizzata in passato per controllare vari prodotti come termostati e sistemi di controllo del clima negli anni ’90. Si basa sull’aria invece che sull’elettricità e l’aria fluisce attraverso circuiti o canali. La pressione dell’aria viene anche utilizzata per rappresentare on/off o vero/falso e nei computer moderni ciò è rappresentato da 1 e 0 nel codice, che possono controllare le cariche elettriche.

I robot morbidi pneumatici devono ricordare e mantenere le posizioni delle loro parti mobili, quindi i ricercatori hanno cercato di sviluppare una “memoria” della logica pneumatica che potrebbe eliminare la necessità della memoria elettronica attualmente utilizzata.

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Creazione della Memoria Random-Access Pneumatica

Il team ha creato il loro chip di memoria random-access pneumatica, o RAM, utilizzando valvole microfluidiche invece di transistor elettronici. Originariamente progettate per controllare il flusso di liquidi su chip microfluidici, le valvole microfluidiche possono anche controllare il flusso d’aria. Le valvole sono sigillate contro un differenziale di pressione e ciò è vero anche quando sono disconnesse da una linea di alimentazione dell’aria. Questo sistema crea differenziali di pressione intrappolati, che agiscono come memorie e possono mantenere gli stati degli attuatori del robot.

Facendo affidamento su questi array densi di valvole, i movimenti del robot possono eseguire operazioni avanzate. Allo stesso tempo, riducono la necessità di hardware elettronico costoso, ingombrante e consumatore di energia.

Il team ha modificato inizialmente le valvole microfluidiche in modo che potessero gestire portate d’aria più grandi. Quindi hanno prodotto un chip di RAM pneumatico a 8 bit in grado di controllare robot morbidi più grandi e più veloci prima di incorporarlo in mani di gomma stampate in 3D.

La RAM pneumatica si basa sull’aria a pressione atmosferica per rappresentare un valore “0” o FALSO, e il vuoto viene utilizzato per rappresentare un valore “1” o VERO. Quando collegato alla pressione atmosferica, le dita del robot morbido si estendono e quando collegato al vuoto, si contraggono.

I ricercatori sono stati in grado di variare le combinazioni di pressione atmosferica e vuoto all’interno dei canali sul chip di RAM per far suonare al robot note, accordi e infine una canzone intera al pianoforte.

Secondo il team, questo sistema potrebbe essere utilizzato teoricamente per azionare altri robot senza la necessità di hardware elettronico. Richiede solo una pompa alimentata a batteria per creare un vuoto.

Non c’è anche il rischio di sovrapressurizzazione accidentale e di guasto del sistema di controllo e del robot grazie all’assenza di pressione positiva nel sistema. Ciò significa che questi robot sono molto più sicuri intorno agli esseri umani, quindi potrebbero essere utilizzati come dispositivi indossabili.