연구자들, 소프트 로봇을 위한 새로운 제어 시스템 개발

라이스 대학교와 하버드 대학교의 로봇공학 연구자, 엔지니어, 재료 과학자들이 소프트 로봇을 위한 아날로그 및 공기 구동 제어 시스템 옵션을 시연했습니다. 연구 팀은 프로그래밍 가능한 비 전자 회로를 개발하여 소프트 로봇의 동작을 제어할 수 있음을 보여주었습니다. 이러한 회로는 압축 공기의 버스트에 인코딩된 정보를 처리하여 작동합니다.

이 연구는 국립 과학 아카데미 저널에 발표되었습니다.

제어 시스템 생성

컬터 데커는 연구의 주도자이며 라이스 대학교의 학사 과정 학생입니다.

“이 시스템의 아름다운 점은 우리가 정말로 계산을 기본 구성 요소로 줄일 수 있다는 것입니다.” 데커는 말합니다.

그는 또한 전자 제어 시스템이 수십 년 동안 정련되어 왔으며, 컴퓨터 회로를 “압력과 유량 속도 대신 전압과 전류의 아날로그”로 재창조함으로써 공기 구동 계산을 통합하기가 더 쉽다고 말합니다.

데커는 소프트 로봇 제어 시스템을 대부분 일상 물건들, 즉 플라스틱 빨대와 고무 밴드로 만들었습니다. 실험에서 시스템은 논리 게이트를 구성하여 불리언 함수라고 하는 연산을 수행할 수 있음을 보여주었으며, 이는 현대 컴퓨팅에 필수적입니다.

“목표는 전자 컴퓨터를 완전히 대체하는 것이 아니었습니다.” 데커는 말합니다.

많은 경우에, 소프트 로봇이나 웨어러블은 단순한 동작을 프로그래밍할 필요만 있습니다. 새로운 기술은 전통적인 전자 제어보다 “훨씬 더 저렴하고 안전하며 내구성이 뛰어나” 있을 수 있습니다.

새로운 프로젝트는 여러 연구 그룹과 총 9명의 공동 저자 간의 협력입니다.

팀은 두 가지 구성 요소를 만들었습니다. 첫 번째는 공기 압력을 기계적 힘으로 변환하는 피스톤 같은 구동 장치입니다. 두 번째는 켜고 끌 수 있는 밸브입니다. 구성 요소는 플라스틱 빨대, 유연한 플라스틱 호스, 고무 밴드, 파치먼트 페이퍼, 열가소성 폴리우레탄 시트 등 다양한 부품으로 구성되었습니다.

단일 장치로 구성 요소 결합

두 가지 구성 요소를 단일 장치로 결합할 수 있습니다. 이는 공기 압력을 입력과 출력으로 사용하는 스위치와 같은 이중 안정적인 밸브입니다. 특정량의 공기 압력으로 스위치가 두 상태 사이에서 전환되며, 밸브는 고무 밴드에 의해 닫히고 고무 밴드를 추가하거나 제거하여 프로그래밍됩니다. 이는 활성화에 필요한 압력의 양을 변경합니다.

테스트에서는 회로가 소프트한 손 모양의 로봇, 공기 쿠션, 그리고 사전 프로그래밍된 수의 단계를 걸어 물체를 회수하는 신발 상자 크기의 로봇을 제어할 수 있음을 보여주었습니다.

다니엘 프레스턴은 라이스 대학교의 기계 공학 조교수이자 연구의 공동 저자입니다.

“이 연구의 가장 큰 성과는 디지털 및 아날로그 제어가 동일한 시스템 아키텍처에 통합된 것입니다.” 프레스턴은 말합니다.

둘 다 공기 구동 제어 회로를 전통적인 컴퓨터에서 생각하는 “1과 0”로 디지털로 프로그래밍할 수 있습니다. 그러나 우리는 또한 연속적인 것들을 포함하는 아날로그 기능을 가져올 수 있습니다.” 그는 계속합니다. “그것은 우리가 전체 시스템 아키텍처를 정말로 단순화하고 이전 작업에서 접근할 수 없었던 새로운 기능을 달성할 수 있도록 합니다.”