หน่วยความจำคอมพิวเตอร์ที่ใช้พลังงานลมสามารถควบคุมการเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์แบบอ่อน

วิศวกรที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ริเวอร์ไซด์ ได้พัฒนาหน่วยความจำคอมพิวเตอร์ที่ใช้พลังงานลม ซึ่งสามารถช่วยควบคุมการเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์แบบอ่อนได้ ระบบใหม่นี้สามารถแก้ไขปัญหาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในหุ่นยนต์แบบอ่อน ซึ่งก็คือความไม่เหมาะสมระหว่างระบบลมและอิเล็กทรอนิกส์

การวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ใน PLOS One.

ลมที่ถูกอัดจะถูกใช้ในการเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์แบบอ่อน ซึ่งมีข้อดีในการทำงานที่ละเอียดมากกว่าหุ่นยนต์แบบแข็ง และยังปลอดภัยกว่า

ระบบที่ใช้ในการควบคุมหุ่นยนต์แบบอ่อนในปัจจุบันขึ้นอยู่กับวาล์วอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์เพื่อรักษาการเคลื่อนไหวของส่วนต่างๆ ของหุ่นยนต์ แต่ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ทำให้หุ่นยนต์มีขนาดใหญ่ขึ้น และต้องการพลังงานมากขึ้น

ทีมวิจัยนำโดย Shane Hoan นักศึกษาระดับ博士ในคณะวิศวกรรมชีวภาพ William Grover ศาสตราจารย์ประจำคณะวิศวกรรมชีวภาพ Phillip Brisk ศาสตราจารย์ประจำคณะวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ และ Konstantinos Karydis ศาสตราจารย์ประจำคณะวิศวกรรมเครื่องจักร ทีมวิจัยได้รับแรงบันดาลใจจากอดีตเพื่อพัฒนาหุ่นยนต์แบบอ่อน

“ลอจิกลม”曾ถูกใช้ในการควบคุมผลิตภัณฑ์ต่างๆ เช่น เทอร์โมสตัทและระบบควบคุมสภาพแวดล้อมในยุค 1990 ซึ่งใช้ลมแทนไฟฟ้า และลมจะไหลผ่านวงจรหรือช่องทาง ลมยังถูกใช้ในการแสดงค่า on/off หรือ true/false และในคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ ค่านี้จะถูกแสดงเป็น 1 และ 0 ในโค้ด ซึ่งสามารถควบคุมการเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์ได้

หุ่นยนต์แบบอ่อนต้องการความจำเพื่อรักษาการเคลื่อนไหวของส่วนต่างๆ ดังนั้นทีมวิจัยจึงพัฒนา “ความจำลม” ซึ่งสามารถกำจัดความจำอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ในปัจจุบัน

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

การสร้างหน่วยความจำลมแบบสุ่ม

ทีมวิจัยได้สร้างหน่วยความจำลมแบบสุ่มโดยใช้วาล์วไมโครฟลูอิดิกแทนทรานซิสเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ วาล์วไมโครฟลูอิดิกเดิมทีถูกออกแบบมาเพื่อควบคุมการไหลของของเหลวบนไมโครฟลูอิดิกชิป แต่ก็สามารถควบคุมการไหลของลมได้ วาล์วถูกปิดผนึกกับแรงดันลม และนี่เป็นจริงแม้ว่าจะไม่ได้เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายลม ระบบนี้สร้างความแตกต่างของแรงดันลมที่ถูกปิดผนึก ซึ่งสามารถรักษาสถานะของส่วนต่างๆ ของหุ่นยนต์ได้

โดยการอาศัยการทำงานของวาล์วเหล่านี้ การเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์สามารถทำงานได้ซับซ้อน ในขณะเดียวกันก็ลดความต้องการของฮาร์ดแวร์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีราคาแพงและต้องการพลังงานมาก

ทีมวิจัยได้ปรับเปลี่ยนวาล์วไมโครฟลูอิดิกเพื่อให้สามารถจัดการกับการไหลของลมที่มากขึ้น จากนั้นจึงผลิตหน่วยความจำลมแบบสุ่ม 8 บิตที่สามารถควบคุมหุ่นยนต์แบบอ่อนที่ใหญ่ขึ้นและเคลื่อนไหวเร็วขึ้น ก่อนที่จะรวมเข้ากับมือหุ่นยนต์ที่พิมพ์ 3 มิติ

หน่วยความจำลมแบบสุ่มนี้ใช้ลมที่มีแรงดันบรรยากาศเพื่อแสดงค่า “0” หรือ FALSE และใช้ลมที่มีแรงดันต่ำกว่าบรรยากาศเพื่อแสดงค่า “1” หรือ TRUE เมื่อเชื่อมต่อกับแรงดันบรรยากาศ นิ้วหุ่นยนต์จะยืดออก และเมื่อเชื่อมต่อกับแรงดันต่ำกว่าบรรยากาศ นิ้วหุ่นยนต์จะหดเข้า

นักวิจัยสามารถปรับเปลี่ยนการผสมผสานของแรงดันบรรยากาศและแรงดันต่ำกว่าบรรยากาศภายในช่องบนหน่วยความจำลมแบบสุ่มเพื่อให้หุ่นยนต์เล่นน้ำเสียง โน้ต และเพลงบนเปียโน

ตามทีมวิจัย ระบบนี้สามารถใช้ในการควบคุมหุ่นยนต์อื่นๆ ได้โดยไม่ต้องการฮาร์ดแวร์อิเล็กทรอนิกส์ มันเพียงต้องการปั๊มที่ใช้แบตเตอรี่เพื่อสร้างการดูด

นอกจากนี้ยังไม่มีความเสี่ยงของการกดดันลมที่เกินขีดจำกัดและความล้มเหลวของระบบหุ่นยนต์และระบบควบคุม เนื่องจากไม่มีแรงดันลมบวกในระบบ ซึ่งหมายความว่าหุ่นยนต์เหล่านี้ปลอดภัยกว่าเมื่ออยู่ใกล้กับมนุษย์ และสามารถใช้เป็นอุปกรณ์สวมใส่