Исследователи создали новые системы управления для мягких роботов

Команда исследователей, инженеров и материаловедов из Rice University и Harvard University продемонстрировала аналоговые и воздушные варианты систем управления для мягких роботов. Команда показала, что возможно разработать программируемые, неэлектронные схемы для управления действиями мягких роботов. Эти схемы работают путем обработки информации, закодированной в серии сжатого воздуха.

Исследование было опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Создание системы управления

Колтер Деккер является основным автором исследования и студентом Rice University.

«Часть красоты этой системы заключается в том, что мы действительно можем свести вычисления к их базовым компонентам», – сказал Деккер.

Он также сказал, что электронные системы управления были усовершенствованы на протяжении десятилетий, и, воссоздавая компьютерную схемотехнику «с аналогами давления и скорости потока вместо напряжения и тока», становится проще включать пневматические вычисления.

Деккер создал систему управления мягкими роботами в основном из повседневных материалов, таких как пластиковые соломинки и резиновые ленты. В экспериментах система продемонстрировала воздушные логические ворота, которые можно было настроить для выполнения операций, называемых булевыми функциями, которые являются важными для современных вычислений.

«Цель никогда не заключалась в полной замене электронных компьютеров», – сказал Деккер.

Во многих случаях мягкие роботы или носимые устройства только нужно запрограммировать на несколько простых движений. Что касается новой технологии, то возможно, что она «будет намного дешевле и безопаснее для использования и намного более прочной», чем традиционные электронные управления.

Новый проект был сотрудничеством между несколькими исследовательскими группами и в общей сложности девятью соавторами.

Команда создала два компонента. Первый – это поршневой исполнитель, который переводит давление воздуха в механическую силу. А второй – это клапан, который можно включать и выключать. Компоненты были изготовлены из различных частей, включая пластиковые соломинки, гибкие пластиковые трубки, резиновые ленты, пергаментную бумагу и листы термопластичного полиуретана.

Объединение компонентов в единое устройство

Два компонента можно объединить в одно устройство, которое представляет собой бистабильный клапан, работающий как переключатель и использующий давление воздуха в качестве входа и выхода. Определенное количество давления воздуха приводит к переключению переключателя между двумя состояниями, и клапаны были закрыты резиновыми лентами и запрограммированы путем добавления или удаления резиновых лент. Это привело к изменению количества давления, необходимого для активации.

Тесты показали, что схемы можно использовать для управления мягким, имеющим форму руки роботом, пневматической подушкой и роботом размером с обувную коробку, который прошел запрограммированное количество шагов, чтобы получить объект.

Даниэль Престон является помощником профессора механической инженерии в Rice и соавтором исследования.

«Самое большое достижение в этой работе – включение как цифрового, так и аналогового управления в одной и той же системной архитектуре», – сказал Престон.

С обоими пневматическими схемами управления можно запрограммировать цифровым способом с помощью «единиц и нулей, о которых вы думаете в традиционном компьютере. Но мы также можем включить аналоговые возможности, вещи, которые являются непрерывными». Он продолжает: «Это позволяет нам действительно упростить общую архитектуру системы и достичь новых возможностей, которые были недоступны в предыдущей работе».