Forskare Skapar Nya Kontrollsystem för Mjuka Robotar

Ett team av robotforskare, ingenjörer och materialvetare från Rice University och Harvard University har demonstrerat analog och luftdriven kontrollsystem för mjuka robotar. Teamet visade att det är möjligt att utveckla programmerbara, icke-elektroniska kretsar för att kontrollera mjuka robotars handlingar. Dessa kretsar fungerar genom att bearbeta information som kodas i lufttrycksimpulser.

Forskningen publicerades i Proceedings of the National Academy of Sciences.

Att Skapa Kontrollsystemet

Colter Decker är huvudförfattare till studien och en undergraduate vid Rice.

“En del av skönheten i detta system är att vi verkligen kan reducera beräkningar till sina grundläggande komponenter”, säger Decker.

Han sa också att elektroniska kontrollsystem har förfinats under årtionden, och genom att återskapa datorcirkonsekvenser “med analoger till tryck och flödeshastighet istället för spänning och ström” är det lättare att införa pneumatisk beräkning.

Decker skapade det mjuka robotkontrollsystemet till stor del från vardagliga material, såsom plaststrå och gummiband. I experimenten visade systemet luftdrivna logiska grindar som kunde konfigureras för att utföra operationer som kallas booleska funktioner, som är avgörande för modern datorteknik.

“Målet var aldrig att helt ersätta elektroniska datorer”, säger Decker.

I många fall behöver mjuka robotar eller wearables bara programmeras för ett fåtal enkla rörelser. När det gäller den nya tekniken är det möjligt att den “skulle vara mycket billigare och säkrare att använda och mycket mer hållbar” än traditionella elektroniska kontroller.

Det nya projektet var ett samarbete mellan flera forskargrupper och totalt nio medförfattare.

Teamet skapade två komponenter. Den första är en pistongliknande aktuator som översätter lufttryck till mekanisk kraft. Och den andra är en ventil som kan stängas av och på. Komponenterna konstruerades från olika delar, inklusive plaststrå, flexibelt plasttuber, gummiband, pergamentpapper och termoplastisk polyuretanplattor.

Att Kombinera Komponenter Till En Enhet

De två komponenterna kunde kombineras till en enda enhet, som var en bistabil ventil som fungerade som en strömbrytare och använde lufttryck som in- och utgång. En specifik mängd lufttryck resulterade i att strömbrytaren växlades mellan de två tillstånden, och ventilen hölls stängd av gummiband och programmerades genom att lägga till eller ta bort gummiband. Detta resulterade i en förändring av den mängd tryck som behövdes för aktivering.

Tester visade att kretsarna kunde användas för att kontrollera en mjuk, handformad robot, en pneumatisk kudde och en skokartong-stor robot som gick ett förprogrammerat antal steg för att hämta ett föremål.

Daniel Preston är biträdande professor i maskinteknik vid Rice och medförfattare till studien.

“Den största prestationen i detta arbete är införandet av både digital och analog kontroll i samma systemarkitektur”, säger Preston.

Med båda kan de pneumatiska kontrollkretsarna programmeras digitalt med “ettor och nollor som man tänker på i en traditionell dator. Men vi kan också införa analoga förmågor, saker som är kontinuerliga.” han fortsätter. “Det gör att vi verkligen kan förenkla den övergripande systemarkitekturen och uppnå nya förmågor som inte var tillgängliga i tidigare arbete.”