Memória de Computador Movida a Ar Comando de Movimentos de Robótica Macia

Engenheiros da Universidade da Califórnia – Riverside desenvolveram uma memória de computador movida a ar que pode ajudar a controlar os movimentos de robôs macios. O novo sistema resolve um dos maiores desafios da robótica macia, que é a falta de compatibilidade entre pneumáticos e eletrônicos.

A pesquisa foi publicada em PLOS One.

Ar comprimido é usado para mover os membros e garras macios e de borracha dos robôs pneumáticos macios, que são melhores em realizar tarefas delicadas do que os robôs rígidos tradicionais. Ao mesmo tempo, também são mais seguros.

Os sistemas existentes usados para controlar robôs pneumáticos macios dependem de válvulas eletrônicas e computadores para manter a posição das partes móveis do robô. No entanto, as partes eletrônicas aumentam o custo, o tamanho e as demandas de energia desses robôs.

A equipe foi liderada pelo estudante de doutorado em bioengenharia Shane Hoan, professor de bioengenharia William Grover, professor de ciência da computação Phillip Brisk e professor de engenharia mecânica Konstantinos Karydis. A equipe se inspirou no passado para avançar no campo da robótica macia.

A “lógica pneumática” já foi usada para controlar vários produtos, como termostatos e sistemas de controle de clima, no início dos anos 90. Ela depende do ar em vez da eletricidade, e o ar flui por circuitos ou canais. A pressão do ar também é usada para representar ligado/desligado ou verdadeiro/falso, e nos computadores modernos, isso é representado por 1 e 0 em código, o que pode controlar cargas elétricas.

Os robôs pneumáticos macios precisam lembrar e manter as posições de suas partes móveis, então os pesquisadores se propuseram a desenvolver uma “memória” de lógica pneumática, que poderia eliminar a necessidade da memória eletrônica atualmente usada.

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Criando a Memória de Acesso Aleatório Pneumática

A equipe criou seu chip de memória de acesso aleatório pneumático, ou RAM, usando válvulas microfluídicas em vez de transistores eletrônicos. Originalmente projetadas para controlar o fluxo de líquidos em chips microfluídicos, as válvulas microfluídicas também podem controlar o fluxo de ar. As válvulas são seladas contra um diferencial de pressão, e isso é verdadeiro mesmo quando elas estão desconectadas de uma linha de suprimento de ar. Esse sistema criou diferençais de pressão presos, que atuam como memórias e podem manter os estados dos atuadores do robô.

Ao confiar nessas matrizes densas de válvulas, os movimentos robóticos podem realizar operações avançadas. Ao mesmo tempo, reduzem a necessidade de hardware eletrônico caro, volumoso e consumidor de energia.

A equipe primeiro modificou as válvulas microfluídicas para que elas pudessem lidar com taxas de fluxo de ar maiores. Em seguida, produziram um chip de RAM pneumático de 8 bits capaz de controlar robôs macios maiores e mais rápidos antes de incorporá-lo em mãos de borracha impressas em 3D.

A RAM pneumática depende do ar de pressão atmosférica para representar um valor “0” ou FALSO, e o vácuo é usado para representar um valor “1” ou VERDADEIRO. Quando conectado à pressão atmosférica, os dedos robóticos macios se estendem, e quando conectado ao vácuo, eles se contraem.

Os pesquisadores foram capazes de variar as combinações de pressão atmosférica e vácuo nos canais do chip de RAM para fazer o robô tocar notas, acordes e, eventualmente, uma música inteira em um piano.

De acordo com a equipe, esse sistema poderia teoricamente ser usado para operar outros robôs sem a necessidade de hardware eletrônico. Ele só requer uma bomba alimentada por bateria para criar um vácuo.

Além disso, não há risco de sobrepressurização acidental e falha do sistema robótico e de controle devido à ausência de pressão positiva no sistema. Isso significa que esses robôs são muito mais seguros ao redor dos humanos, então eles poderiam ser usados como dispositivos vestíveis.