นักวิจัยสร้างระบบควบคุมใหม่สำหรับหุ่นยนต์แบบอ่อน

ทีมนักวิจัยด้านหุ่นยนต์ วิศวกร และนักวิทยาศาสตร์วัสดุจาก Rice University และ Harvard University ได้แสดงให้เห็นถึงตัวเลือกระบบควบคุมแบบแอนะล็อกและระบบควบคุมด้วยลมสำหรับหุ่นยนต์แบบอ่อน ทีมงานแสดงให้เห็นว่าเป็นไปได้ที่จะพัฒนาเซอร์กิตที่ไม่ใช้ไฟฟ้าซึ่งสามารถควบคุมการทำงานของหุ่นยนต์แบบอ่อนได้ เซอร์กิตเหล่านี้ทำงานโดยประมวลผลข้อมูลที่เข้ารหัสในกระสุนลมที่อัดแน่น

การวิจัยนี้ตีพิมพ์ใน Proceedings of the National Academy of Sciences.

การสร้างระบบควบคุม

Colter Decker เป็นนักวิจัยหลักของการศึกษาและเป็นนักศึกษาระดับอุดมศึกษาของ Rice

“ส่วนหนึ่งของความงดงามของระบบนี้คือเราสามารถลดการคำนวณลงไปสู่ส่วนประกอบพื้นฐานได้จริงๆ” Decker กล่าว

เขายังบอกอีกว่าระบบควบคุมแบบอิเล็กทรอนิกส์ได้รับการปรับปรุงมาเป็นเวลาหลายทศวรรษ และโดยการสร้างวงจรคอมพิวเตอร์ใหม่ “ด้วยแอนะล็อกของความดันและอัตราการไหลแทนวอลต์และกระแส” ทำให้ง่ายต่อการรวมการคำนวณแบบลม

Decker สร้างระบบควบคุมหุ่นยนต์แบบอ่อนส่วนใหญ่จากวัสดุในชีวิตประจำวัน เช่น ท่อพลาสติกและยางรัด ในการทดลอง ระบบแสดงให้เห็นถึงประตูการทำงานด้วยลมที่สามารถกำหนดค่าให้ทำงานได้ตามที่เรียกว่าฟังก์ชัน Boolean ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการคำนวณสมัยใหม่

“เป้าหมายไม่เคยเป็นการแทนที่คอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์โดยสิ้นเชิง” Decker กล่าว

ในหลายกรณี หุ่นยนต์แบบอ่อนหรือสิ่งที่สวมใส่เพียงต้องการให้ถูกตั้งโปรแกรมสำหรับการเคลื่อนไหวที่ง่ายๆ เท่านั้น สำหรับเทคโนโลยีใหม่นี้ มัน “จะถูกกว่าและปลอดภัยกว่าสำหรับการใช้งานและทนทานมากกว่า” ระบบควบคุมแบบอิเล็กทรอนิกส์แบบดั้งเดิม

โครงการใหม่นี้เป็นการร่วมมือระหว่างกลุ่มวิจัยหลายกลุ่มและมีทั้งหมด 9 ผู้ร่วมเขียน

ทีมงานสร้างส่วนประกอบ 2 ส่วน ส่วนแรกคือตัวกระตุ้นที่คล้ายกับตัวกระตุ้นแบบลมที่แปลความดันลมเป็นแรงกลไก ส่วนที่สองคือวาล์วที่สามารถปิดและเปิดได้ ส่วนประกอบเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นจากชิ้นส่วนต่างๆ รวมถึงท่อพลาสติก ท่อพลาสติกยืดหยุ่น ยางรัด กระดาษปาร์เชมนต์ และแผ่นเทอร์โมพลาสติกพอลียูเรทีน

การรวมส่วนประกอบเข้าเป็นอุปกรณ์เดียว

ส่วนประกอบทั้งสองสามารถรวมเข้าเป็นอุปกรณ์เดียวซึ่งเป็นวาล์วแบบสองสถานะที่ทำงานเหมือนสวิตช์และใช้ความดันลมเป็นข้อมูลเข้าและออก ความดันลมที่แน่นอนจะทำให้สวิตช์เปลี่ยนระหว่างสองสถานะ และวาล์วถูกปิดโดยยางรัดและถูกตั้งโปรแกรมโดยการเพิ่มหรือลดยางรัด ซึ่งทำให้ความดันที่ต้องการสำหรับการทำงานเปลี่ยนแปลง

การทดสอบแสดงให้เห็นว่าเซอร์กิตสามารถใช้ในการควบคุมหุ่นยนต์แบบอ่อนที่มีรูปร่างเหมือนมือ หุ้มลมและหุ่นยนต์ที่มีขนาดเท่ากล่องรองเท้าที่เดินไปตามจำนวนก้าวที่ตั้งไว้เพื่อหยิบวัตถุ

Daniel Preston เป็นรองศาสตราจารย์สาขาวิศวกรรมเครื่องกลที่ Rice และเป็นผู้ร่วมเขียนการศึกษา

“ความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในงานนี้คือการรวมการควบคุมแบบดิจิทัลและแอนะล็อกเข้าด้วยกันในระบบสถาปัตยกรรมเดียวกัน” Preston กล่าว

ด้วยทั้งสองแบบ ระบบเซอร์กิตควบคุมด้วยลมสามารถถูกตั้งโปรแกรมดิจิทัลด้วย “หนึ่งและศูนย์ที่คุณคิดในคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิม แต่เรายังสามารถนำความสามารถแบบแอนะล็อกมาใช้ได้ ซึ่งเป็นสิ่งที่ต่อเนื่อง” เขายังคงพูดต่อไป “ซึ่งช่วยให้เราสามารถทำให้ระบบสถาปัตยกรรมโดยรวมง่ายขึ้นและบรรลุความสามารถใหม่ที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ในงานก่อนหน้านี้”