研究者がソフトロボット用の新しい制御システムを開発

ライス大学とハーバード大学のロボティクス研究者、エンジニア、材料科学者によるチームは、ソフトロボットのためのアナログと空気駆動の制御システムオプションを実証しました。チームは、プログラム可能な非電子回路を開発してソフトロボットの動作を制御できることを実証しました。これらの回路は、圧縮空気のバーストにエンコードされた情報を処理することによって機能します。

この研究は、米国科学アカデミー紀要に公開されました。

制御システムの作成

コルター・デッカーは、この研究の第一著者であり、ライス大学の学部生です。

「このシステムの美しさは、計算をその基本的な要素にまで減らすことができることです」とデッカーは述べました。

デッカーはまた、電子制御システムは数十年間にわたって洗練されてきたが、コンピュータ回路を「電圧と電流ではなく、圧力と流量に対応するアナログで」再現することで、空気圧による計算を組み込むことが容易になることを述べました。

デッカーは、ソフトロボット制御システムを主に日常的な材料、たとえばプラスチックストローとゴムバンドから作成しました。実験では、システムは空気駆動の論理ゲートを実証し、ブール関数と呼ばれる演算を実行するように構成できました。これは、現代の計算機にとって重要な機能です。

「電子コンピュータを完全に置き換えることが目的ではありませんでした」とデッカーは述べました。

多くの場合、ソフトロボットまたはウェアラブルは、わずかなシンプルな動作のためにプログラムされるだけです。この新しい技術では、「従来の電子制御よりも使用時にはるかに安価で安全であり、耐久性も大幅に高くなる可能性があります」と述べています。

この新しいプロジェクトは、複数の研究グループによる共同作業であり、合計9人の共同著者がいます。

チームは2つのコンポーネントを作成しました。第一は、空気圧を機械的力に変換するピストン式アクチュエーターです。第二は、オン/オフに切り替えることができるバルブです。コンポーネントは、プラスチックストロー、柔軟なプラスチックチューブ、ゴムバンド、クッキングシート、熱可塑性ポリウレタンシートなどのさまざまな部品から構成されています。

コンポーネントを単一のデバイスに組み合わせる

2つのコンポーネントは、空気圧を入力および出力として使用するスイッチのように動作する二安定バルブを備えた単一のデバイスに組み合わせることができます。特定の量の空気圧によって、スイッチは2つの状態の間で切り替わり、バルブはゴムバンドによって閉じられ、ゴムバンドの追加または削除によってプログラムされます。これにより、活性化に必要な圧力の量が変わります。

テストでは、これらの回路が、ソフトな手の形をしたロボット、空気クッション、靴箱ほどの大きさの歩行ロボットを制御して、事前にプログラムされた数のステップを歩いてオブジェクトを回収することができることが実証されました。

ダニエル・プレストンは、ライス大学の機械工学の助教授であり、この研究の共同著者です。

「この研究の最大の成果は、デジタル制御とアナログ制御の両方を同じシステムアーキテクチャに組み込むことです」とプレストンは述べました。

「これにより、空気圧制御回路を伝統的なコンピュータで考える「0と1」でデジタル的にプログラムできるようになりますが、アナログ機能、つまり連続的なものも取り入れることができます」とプレストンは続けました。「これにより、全体的なシステムアーキテクチャを簡素化し、以前にアクセスできなかった新しい機能を実現することができます」。