Pamięć komputerowa napędzana powietrzem może kontrolować ruchy miękkich robotów

Inżynierowie z University of California – Riverside opracowali pamięć komputerową napędzaną powietrzem, która może pomóc w kontrolowaniu ruchów miękkich robotów. Nowy system rozwiązuje jeden z największych wyzwań w dziedzinie robotyki miękkiej, czyli niezgodność między pneumatyką a elektroniką.

Badania zostały opublikowane w PLOS One.

Powietrze pod ciśnieniem jest używane do poruszania miękkich, gumowych kończyn i chwytaków robotów pneumatycznych, które są lepsze w wykonywaniu delikatnych zadań niż tradycyjne sztywne roboty. Jednocześnie są one również bezpieczniejsze.

Istniejące systemy używane do kontrolowania miękkich robotów pneumatycznych opierają się na elektronicznych zaworach i komputerach w celu utrzymania pozycji poruszających się części robota. Jednak części elektroniczne zwiększają koszt, rozmiar i zapotrzebowanie na energię takich robotów.

Zespół był prowadzony przez doktora Shane Hoana, profesora bioinżynierii Williama Grovera, profesora informatyki Phillipa Briska i profesora mechaniki Konstantinosa Karydisa. Zespół zaczerpnął inspirację z przeszłości, aby rozwinąć dziedzinę robotyki miękkiej.

„Pneumatyczna logika” była kiedyś używana do kontrolowania różnych produktów, takich jak termostaty i systemy klimatyzacji w początku lat 90. Opiera się na powietrzu zamiast elektryczności, a powietrze przepływa przez obwody lub kanały. Ciśnienie powietrza jest również używane do reprezentowania stanów włączonego/wyłączonego lub prawdziwego/fałszywego, a w nowoczesnych komputerach jest reprezentowane przez 1 i 0 w kodzie, co może kontrolować ładunki elektryczne.

Miękkie roboty pneumatyczne wymagają pamięci i utrzymania pozycji swoich poruszających się części, więc badacze opracowali pamięć „pneumatycznej logiki”, która mogłaby wyeliminować potrzebę pamięci elektronicznej obecnie używanej.

https://www.youtube.com/watch?v=FnG7ApR5GS0

Tworzenie pamięci pneumatycznej o dostępie losowym

Zespół stworzył swoją pamięć pneumatyczną o dostępie losowym, czyli RAM, używając mikrofluidycznych zaworów zamiast tranzystorów elektronicznych. Oryginalnie zaprojektowane do kontrolowania przepływu cieczy na mikrofluidycznych chipach, mikrofluidyczne zawory są również w stanie kontrolować przepływ powietrza. Zawory są uszczelnione przeciwko różnicy ciśnień, co jest prawdziwe nawet wtedy, gdy są odłączone od linii zasilania powietrza. Ten system tworzy pułapki ciśnienia, które działają jako pamięć i mogą utrzymywać stany aktuatorów robota.

Poprzez poleganie na tych gęstych tablicach zaworów, ruchy robota mogą wykonywać zaawansowane operacje. Jednocześnie redukują one potrzebę drogiego, obszernego i pochłaniającego energię sprzętu elektronicznego.

Zespół najpierw zmodyfikował mikrofluidyczne zawory, aby mogły one obsłużyć większe przepływy powietrza. Następnie wyprodukowali 8-bitową pamięć pneumatyczną RAM, która była w stanie kontrolować większe i szybsze miękkie roboty przed ich wbudowaniem w 3D-wydrukowane gumowe ręce.

Pamięć pneumatyczna RAM opiera się na powietrzu pod ciśnieniem atmosferycznym, aby reprezentować wartość „0” lub FAŁSZ, a próżnia jest używana do reprezentowania wartości „1” lub PRAWDZIWA. Gdy połączone z ciśnieniem atmosferycznym, palce robota rozciągają się, a gdy połączone z próżnią, kurczą się.

Badacze byli w stanie zmieniać kombinacje ciśnienia atmosferycznego i próżni w kanałach na chipie RAM, aby zagrać nuty, akordy i ostatecznie całą piosenkę na pianinie.

Według zespołu, ten system mógłby teoretycznie być użyty do obsługi innych robotów bez potrzeby sprzętu elektronicznego. Wymaga on tylko baterii zasilającej pompę, aby utworzyć próżnię.

Nie ma również ryzyka przypadkowego nadciśnienia i awarii systemu robota i sterowania dzięki brakowi ciśnienia dodatniego w systemie. Oznacza to, że te roboty są znacznie bezpieczniejsze w pobliżu ludzi, więc mogą być używane jako urządzenia noszone.