Воздушная компьютерная память может контролировать движения мягких роботов

Инженеры из Университета Калифорнии – Риверсайд разработали воздушную компьютерную память, которая может помочь контролировать движения мягких роботов. Новая система решает одну из самых больших проблем в области мягкой робототехники, которая заключается в несоответствии между пневматикой и электроникой.

Исследование было опубликовано в PLOS One.

Для перемещения мягких, резиновых конечностей и захватов пневматических мягких роботов используется сжатый воздух, которые лучше выполняют тонкие задачи, чем традиционные жесткие роботы. При этом они также более безопасны.

Существующие системы, используемые для управления пневматическими мягкими роботами, полагаются на электронные клапаны и компьютеры для поддержания положения движущихся частей робота. Однако электронные компоненты увеличивают стоимость, размер и энергопотребление таких роботов.

Команду возглавляли аспирант биоинженерии Шейн Хоан, профессор биоинженерии Уильям Гровер, профессор компьютерных наук Филлип Бриск и профессор механики Константинос Каридис. Команда черпала вдохновение из прошлого, чтобы продвинуть область мягкой робототехники.

«Пневматическая логика» ранее использовалась для управления различными продуктами, такими как термостаты и системы климат-контроля в начале 1990-х годов. Она основана на воздухе, а не на электричестве, и воздух проходит через контуры или каналы. Давление воздуха также используется для представления логических значений истинного или ложного, и в современных компьютерах это представлено кодом 1 и 0, который затем может контролировать электрические заряды.

Мягкие пневматические роботы требуют запоминания и поддержания положения своих движущихся частей, поэтому исследователи поставили цель разработать пневматическую логику «памяти», которая могла бы исключить необходимость в электронной памяти, используемой в настоящее время.

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

Создание пневматической оперативной памяти

Команда создала свою пневматическую оперативную память, или ОЗУ, используя микрофлюидные клапаны вместо электронных транзисторов. Первоначально разработанные для управления потоком жидкостей на микрофлюидных чипах, микрофлюидные клапаны также могут контролировать поток воздуха. Клапаны герметизированы против давления, и это верно даже когда они отключены от воздушной линии. Эта система создает запертые разности давления, которые действуют как память и могут поддерживать состояния актуаторов робота.

Благодаря использованию этих плотных массивов клапанов, роботизированные движения могут выполнять сложные операции. При этом они снижают необходимость в дорогом, громоздком и энергозатратном электронном оборудовании.

Команда сначала модифицировала микрофлюидные клапаны, чтобы они могли обрабатывать более крупные потоки воздуха. Затем они произвели 8-разрядный пневматический чип ОЗУ, который был способен контролировать более крупные и быстрее движущиеся мягкие роботы, прежде чем включить его в 3D-печатные резиновые руки.

Пневматическая ОЗУ использует атмосферное давление воздуха для представления значения «0» или ЛОЖЬ, а вакуум используется для представления значения «1» или ИСТИНА. Когда подключено к атмосферному давлению, мягкие роботизированные пальцы расширяются, а когда подключено к вакууму, они сжимаются.

Исследователи смогли варьировать комбинации атмосферного давления и вакуума в каналах на чипе ОЗУ, чтобы заставить робота играть ноты, аккорды и, в конечном итоге, всю песню на пианино.

По мнению команды, эта система теоретически может быть использована для управления другими роботами без необходимости электронного оборудования. Для этого требуется только батарейный насос для создания вакуума.

Также нет риска случайного чрезмерного давления и отказа робототехнической и контрольной системы благодаря отсутствию положительного давления в системе. Это означает, что эти роботы намного безопаснее рядом с людьми, поэтому они могут быть использованы в качестве носимых устройств.