Forskere utvikler nye kontrollsystemer for myke roboter

Et team av robotforskere, ingeniører og materialvitenskapsmenn fra Rice University og Harvard University har demonstrert analoge og luftdrevne kontrollsystemalternativer for myke roboter. Teamet viste at det er mulig å utvikle programmerbare, ikke-elektroniske kretser for å kontrollere handlingene til myke roboter. Disse kretsene fungerer ved å prosessere informasjon som er kodet i lufttrykksimpulser. 

Forskningen ble publisert i Proceedings of the National Academy of Sciences. 

Opprettelse av kontrollsystemet

Colter Decker er hovedforfatter av studien og en Rice-student. 

“En del av skjønnheten i dette systemet er at vi virkelig kan redusere beregningene ned til sine grunnleggende komponenter,” sa Decker. 

Han sa også at elektroniske kontrollsystemer har blitt forbedret i årevis, og ved å gjenskape datamaskinkretser “med analoger til trykk og strømningshastighet i stedet for spenning og strøm,” er det enklere å inkorporere pneumatiske beregninger. 

Decker skapte det myke robotkontrollsystemet hovedsakelig av hverdagslige materialer, som plaststrå og gummibånd. I eksperimentene viste systemet luftdrevne logiske porter som kunne konfigureres for å utføre operasjoner som kalles Booleske funksjoner, som er avgjørende for moderne databehandling. 

“Målet var aldri å helt erstatte elektroniske datamaskiner,” sa Decker. 

I mange tilfeller trenger myke roboter eller wearables bare å bli programmert for noen enkle bevegelser. Når det gjelder den nye teknologien, er det mulig at den “ville være mye billigere og tryggere for bruk og mye mer holdbar” enn tradisjonelle elektroniske kontroller. 

Det nye prosjektet var et samarbeid mellom flere forskningsgrupper og totalt ni medforfattere. 

Teamet skapte to komponenter. Den første er en pistonlignende aktuator som oversetter lufttrykk til mekanisk kraft. Og den andre er en ventil som kan slås av og på. Komponentene ble konstruert av ulike deler, inkludert plaststrå, fleksible plastslanger, gummibånd, pergamentpapir og termoplastiske polyuretanskiyer. 

Kombinering av komponenter til enkelt enhet

De to komponentene kunne kombineres til en enkelt enhet, som var en bistabil ventil som fungerte som en bryter og brukte lufttrykk som inngang og utgang. En bestemt mengde lufttrykk resulterte i at bryteren ble flipped mellom de to tilstandene, og ventilen ble holdt lukket av gummibånd og programmert ved å legge til eller fjerne gummibånd. Dette resulterte i en endring i mengden trykk som trengtes for aktivering. 

Tester viste at kretsene kunne brukes til å kontrollere en myk, håndformet robot, en pneumatiske pute og en skoformet robot som gikk et forhåndsprogrammert antall skritt for å hente et objekt. 

Daniel Preston er en assistentprofessor i maskinteknikk ved Rice og medforfatter av studien. 

“Den største prestasjonen i dette arbeidet er inkorporeringen av både digital og analog kontroll i samme systemarkitektur,” sa Preston. 

Med begge, kan de pneumatiske kontrollkretsene bli programmert digitalt med de “enere og nullene du tenker på i en tradisjonell datamaskin. Men vi kan også bringe inn analoge evner, ting som er kontinuerlige.” han fortsetter. “Dette lar oss virkelig forenkle den overordnede systemarkitekturen og oppnå nye evner som ikke var tilgjengelige i tidligere arbeid.”