Naukowcy tworzą nowe systemy sterowania miękkimi robotami

Zespół naukowców z dziedziny robotyki, inżynierów i materiałoznawców z Rice University i Harvard University wykazał możliwość stworzenia analogowych i napędzanych powietrzem systemów sterowania dla miękkich robotów. Zespół udowodnił, że możliwe jest opracowanie programowalnych, nieelektronicznych obwodów do sterowania działaniem miękkich robotów. Te obwody działają poprzez przetwarzanie informacji zakodowanych w seriach sprężonego powietrza.

Badania zostały opublikowane w Proceedings of the National Academy of Sciences.

Tworzenie systemu sterowania

Colter Decker jest głównym autorem badania i studentem studiów pierwszego stopnia na Rice University.

„Część piękna tego systemu polega na tym, że możemy naprawdę sprowadzić obliczenia do ich podstawowych składników”, powiedział Decker.

Powiedział również, że elektroniczne systemy sterowania zostały udoskonalone przez dziesięciolecia, a odtwarzając obwody komputerowe „z ciśnieniem i natężeniem przepływu jako odpowiednikami napięcia i prądu”, jest łatwiej włączyć pneumatyczne obliczenia.

Decker stworzył system sterowania miękkim robotem prawie wyłącznie z materiałów codziennych, takich jak plastikowe słomki i gumki. W eksperymentach system wykazał napędzane powietrzem bramki logiczne, które mogły być skonfigurowane do wykonywania operacji określanych jako funkcje boolowskie, które są niezbędne dla nowoczesnego komputera.

„Celem nigdy nie było całkowite zastąpienie komputerów elektronicznych”, powiedział Decker.

W wielu przypadkach miękkie roboty lub urządzenia noszone na ciele trzeba zaprogramować jedynie do kilku prostych ruchów. Co do nowej technologii, jest możliwe, że „będzie znacznie tańsza i bezpieczniejsza do użycia oraz bardziej trwała” niż tradycyjne sterowanie elektroniczne.

Nowy projekt był współpracą między kilkoma grupami badawczymi i łącznie dziewięcioma współautorami.

Zespół stworzył dwa komponenty. Pierwszy to siłownik przypominający tłok, który przekształca ciśnienie powietrza w siłę mechaniczną. A drugi to zawór, który może być włączany i wyłączany. Komponenty zostały zbudowane z różnych części, w tym plastikowych słomek, giętkich rurek plastikowych, gumek, papieru pergaminowego i arkuszy poliuretanu termoplastycznego.

Łączenie komponentów w jedno urządzenie

Dwa komponenty mogą być połączone w jedno urządzenie, które jest bistabilnym zaworem działającym jak przełącznik i wykorzystuje ciśnienie powietrza jako wejścia i wyjścia. Określona ilość ciśnienia powietrza powoduje przełączenie się przełącznika między dwoma stanami, a zawory były trzymane zamknięte przez gumki i programowane przez dodawanie lub odejmowanie gumek. To spowodowało zmianę ilości ciśnienia potrzebnego do aktywacji.

Testy wykazały, że obwody mogą być używane do sterowania miękkim robotem w kształcie dłoni, pneumatyczną poduszką i robotem wielkości pudełka na buty, który szedł zaprogramowaną liczbę kroków, aby pobrać obiekt.

Daniel Preston jest profesorem na stanowisku assistant professor w dziedzinie inżynierii mechanicznej na Rice University i współautorem studium.

„Największym osiągnięciem w tej pracy jest połączenie zarówno cyfrowego, jak i analogowego sterowania w tej samej architekturze systemu”, powiedział Preston.

Dzięki obu tym rodzajom sterowania pneumatyczne obwody sterowania mogą być programowane cyfrowo z „jedynek i zer, o których myślisz w tradycyjnym komputerze. Ale możemy również wprowadzić analogowe możliwości, rzeczy, które są ciągłe.” Kontynuuje. „To pozwala nam naprawdę uprościć ogólną architekturę systemu i osiągnąć nowe możliwości, które nie były dostępne w poprzedniej pracy.”