Ricercatori creano nuovi sistemi di controllo per robot morbidi

Un team di ricercatori di robotica, ingegneri e scienziati dei materiali della Rice University e della Harvard University ha dimostrato opzioni di sistemi di controllo analogici e azionati ad aria per robot morbidi. Il team ha mostrato che è possibile sviluppare circuiti non elettronici programmabili per controllare le azioni dei robot morbidi. Questi circuiti funzionano elaborando le informazioni codificate in raffiche di aria compressa. 

La ricerca è stata pubblicata sul Proceedings of the National Academy of Sciences. 

Creazione del sistema di controllo

Colter Decker è l’autore principale dello studio e uno studente undergraduate della Rice. 

“Parte della bellezza di questo sistema è che siamo realmente in grado di ridurre il calcolo ai suoi componenti di base”, ha detto Decker. 

Ha anche detto che i sistemi di controllo elettronici sono stati raffinati per decenni e che, ricreando la circuitazione del computer “con analoghi di pressione e portata invece di voltaggio e corrente”, è più facile incorporare il calcolo pneumatico. 

Decker ha creato il sistema di controllo del robot morbido principalmente con materiali di uso quotidiano, come cannucce di plastica e laccetti di gomma. Negli esperimenti, il sistema ha dimostrato porte logiche azionate ad aria che potevano essere configurate per eseguire operazioni denominate funzioni booleane, che sono fondamentali per l’informatica moderna. 

“L’obiettivo non era mai quello di sostituire completamente i computer elettronici”, ha detto Decker. 

In molti casi, i robot morbidi o gli indumenti intelligenti hanno bisogno di essere programmato solo per pochi movimenti semplici. Per quanto riguarda la nuova tecnologia, è possibile che “sarebbe molto più economica e sicura per l’uso e molto più duratura” rispetto ai controlli elettronici tradizionali. 

Il nuovo progetto è stato una collaborazione tra diversi gruppi di ricerca e un totale di nove coautori. 

Il team ha creato due componenti. Il primo è un attuatore simile a un pistone che traduce la pressione dell’aria in forza meccanica. E il secondo è una valvola che può essere aperta e chiusa. I componenti sono stati costruiti con varie parti, tra cui cannucce di plastica, tubi di plastica flessibili, laccetti di gomma, carta da forno e fogli di poliuretano termoplastico. 

https://www.youtube.com/watch?v=0D22s2cMlxc

Combinazione dei componenti in un dispositivo unico

I due componenti possono essere combinati in un dispositivo unico, che è una valvola bistabile che funziona come un interruttore e utilizza la pressione dell’aria come ingresso e uscita. Una quantità specifica di pressione dell’aria provoca l’attivazione dell’interruttore tra i due stati e le valvole sono state tenute chiuse da laccetti di gomma e programmate aggiungendo o rimuovendo laccetti di gomma. Ciò ha comportato un cambiamento nella quantità di pressione necessaria per l’attivazione. 

I test hanno dimostrato che i circuiti possono essere utilizzati per controllare un robot morbido a forma di mano, un cuscino pneumatico e un robot delle dimensioni di una scatola di scarpe che cammina un numero preprogrammato di passi per recuperare un oggetto. 

Daniel Preston è un professore assistente di ingegneria meccanica alla Rice e coautore dello studio. 

“Il più grande risultato in questo lavoro è l’incorporazione di controlli sia digitali che analogici nella stessa architettura del sistema”, ha detto Preston. 

Con entrambi, i circuiti di controllo pneumatici possono essere programmati digitalmente con i “uni e zeri che si pensa in un computer tradizionale. Ma possiamo anche introdurre capacità analogiche, cose che sono continue”. continua. “Ciò ci consente di semplificare realmente l’architettura generale del sistema e raggiungere nuove capacità che non erano accessibili nel lavoro precedente”.