空気圧式コンピューターメモリがソフトロボットの動きを制御する

カリフォルニア大学リバーサイド校のエンジニアたちは、ソフトロボットの動きを制御するための空気圧式コンピューターメモリを開発しました。この新しいシステムは、ソフトロボティクスの最大の課題の1つである、空気圧と電子回路の不一致を解決します。

この研究は、PLOS Oneに掲載されました。

空気圧式ソフトロボットの柔らかくゴムのような四肢やグリッパーは、空気圧を使用して動かされます。これらは、繊細な作業を実行するには従来の剛性ロボットよりも優れています。また、安全性も高いです。

空気圧式ソフトロボットを制御するための既存のシステムは、ロボットの動く部分の位置を維持するために、電子バルブとコンピューターを使用しています。しかし、電子部品はロボットのコスト、サイズ、電力消費量を増加させます。

この研究チームは、バイオエンジニアリングの博士課程の学生であるShane Hoan、バイオエンジニアリングの教授であるWilliam Grover、コンピューターサイエンスの教授であるPhillip Brisk、機械工学の教授であるKonstantinos Karydisによって率いられました。このチームは、ソフトロボティクスの分野を進歩させるために過去からインスピレーションを得ました。

「空気圧ロジック」は、1990年代初頭に、サーモスタットや気候制御システムなどのさまざまな製品を制御するために使用されていました。これは、電気ではなく空気を使用し、空気は回路またはチャンネルを通じて流れます。空気圧は、オン/オフまたは真/偽を表し、現代のコンピューターでは、1と0のコードで表され、電気的電荷を制御します。

空気圧式ソフトロボットは、動く部分の位置を記憶して維持する必要があります。したがって、研究者たちは、電子メモリの代わりに使用できる「空気圧ロジックメモリ」を開発しようとしました。

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空気圧式ランダムアクセスメモリの作成

このチームは、電子トランジスターではなくマイクロフルイディックバルブを使用して、空気圧式ランダムアクセスメモリ（RAM）チップを作成しました。マイクロフルイディックチップ上の液体の流れを制御するために設計されたマイクロフルイディックバルブは、空気の流れも制御できます。バルブは、圧力差に対して密封されており、空気供給ラインから切断されていてもこれは真です。このシステムは、圧力差をトラップし、メモリとして機能し、ロボットのアクチュエータの状態を維持できます。

バルブの密集した配列に依存することで、ロボットの動きは高度な操作を実行できます。同時に、高価で大きな電力消費する電子ハードウェアの必要性を減らします。

チームは、まずマイクロフルイディックバルブを変更して、より大きな空気流量を処理できるようにしました。次に、より大きな、より速いソフトロボットを制御できる8ビットの空気圧RAMチップを生成し、それを3Dプリンティングされたゴムの手に組み込みました。

空気圧RAMは、大気圧を使用して「0」または偽の値を表し、真空を使用して「1」または真の値を表します。大気圧に接続されると、ソフトロボットの指は伸び、真空に接続されると収縮します。

研究者たちは、RAMチップ上のチャンネル内の大気圧と真空の組み合わせを変えることで、ロボットがピアノで音符、コード、そして最終的に1曲を演奏できるようにしました。

チームによると、このシステムは、電子ハードウェアが不要な他のロボットを操作するために理論的に使用できます。バッテリー駆動のポンプで真空を作成するだけで済みます。

システムには正圧がないため、過圧やロボットと制御システムの故障のリスクはありません。これは、これらのロボットが人間の周りでより安全であることを意味し、着用可能なデバイスとして使用できます。