Исследователи создают новые системы управления для мягких роботов

Команда исследователей в области робототехники, инженеров и материаловедов из Rice University и Harvard University продемонстрировала аналоговые и воздушные системы 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. 

“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 путем воссоздания компьютерных схем “с аналогами давления и скорости потока вместо напряжения и тока” становится проще включать пневматические вычисления. 

Деккер создал систему управления мягким роботом 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 компьютеров. 

“Цель никогда не заключалась в том, чтобы полностью заменить электронные компьютеры”, – 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 исполнительный механизм, который переводит воздушное давление в механическую силу. А второй – это клапан, который можно включать и выключать. Компоненты были изготовлены из различных деталей, включая пластиковые соломинки, гибкие пластиковые трубки, резиновые ленты, пергаментную бумагу и листы термопластичного полиуретана. 

Объединение компонентов в одно устройство

Два компонента можно объединить в одно устройство, которое представляет собой бистабильный клапан, работающий как переключатель и использующий воздушное давление в качестве входных и выходных данных. Определенное количество воздушного давления 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, похожим на руку роботом, пневматической подушкой и роботом размером с обувную коробку, который проходит 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 одну и ту же систему архитектуры”, – сказал Престон. 

С помощью обоих пневматических систем 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 не были доступны в предыдущей работе”.