Araştırmacılar yumuşak robotlar için yeni kontrol sistemleri oluşturdu

Rice Üniversitesi ve Harvard Üniversitesi’nden robotik araştırmacıları, mühendisler ve malzeme bilimcilerinden oluşan bir ekip, yumuşak robotlar için analog ve hava ile çalışan kontrol sistemi seçenekleri gösterdi. Ekip, yumuşak robotların hareketlerini kontrol etmek için programlanabilir, elektronik olmayan devreler geliştirmenin mümkün olduğunu ortaya koydu. Bu devreler, sıkıştırılmış hava darbelerinde kodlanan bilgileri işleyerek çalışıyor.

Araştırma, Proceedings of the National Academy of Sciences dergisinde yayımlandı.

Kontrol Sisteminin Oluşturulması

Colter Decker, çalışmanın başyazarı ve Rice Üniversitesi’nde lisans öğrencisi.

Decker, “Bu sistemin güzel yanlarından biri, hesaplamayı gerçekten temel bileşenlerine indirgeyebilmemiz” dedi.

Elektronik kontrol sistemlerinin onlarca yıldır geliştirildiğini de belirten Decker, bilgisayar devrelerini “gerilim ve akım yerine basınç ve akış hızının analog karşılıklarıyla” yeniden oluşturmanın pnömatik hesaplamayı sisteme katmayı kolaylaştırdığını söyledi.

Decker, yumuşak robot kontrol sistemini büyük ölçüde plastik pipetler ve lastik bantlar gibi gündelik malzemelerden yaptı. Deneylerde sistem, modern hesaplama için kritik önemde olan Boolean fonksiyonları adı verilen işlemleri gerçekleştirecek şekilde yapılandırılabilen, hava ile çalışan mantık kapıları sergiledi.

Decker, “Amaç hiçbir zaman elektronik bilgisayarların yerini tamamen almak değildi” dedi.

Birçok durumda yumuşak robotların veya giyilebilir cihazların yalnızca birkaç basit hareket için programlanması gerekiyor. Yeni teknoloji, geleneksel elektronik kontrollere göre “kullanımda çok daha ucuz ve güvenli, ayrıca çok daha dayanıklı” olabilir.

Yeni proje, birkaç araştırma grubunun işbirliğiyle yürütüldü ve toplam dokuz ortak yazarı vardı.

Ekip iki bileşen oluşturdu. Birincisi, hava basıncını mekanik kuvvete dönüştüren piston benzeri bir aktüatör. İkincisi ise açılıp kapatılabilen bir valf. Bileşenler plastik pipetler, esnek plastik borular, lastik bantlar, pişirme kâğıdı ve termoplastik poliüretan levhalar gibi çeşitli parçalardan yapıldı.

Bileşenlerin Tek Bir Cihazda Birleştirilmesi

İki bileşen tek bir cihazda birleştirilebiliyordu: anahtar gibi çalışan ve hava basıncını hem girdi hem çıktı olarak kullanan iki kararlı durumlu bir valf. Belirli bir hava basıncı, anahtarın iki durum arasında geçiş yapmasını sağlıyordu. Valfler lastik bantlarla kapalı tutuluyor ve lastik bant eklenerek veya çıkarılarak programlanıyordu. Böylece etkinleştirme için gereken basınç miktarı değişiyordu.

Testler, devrelerin el biçiminde yumuşak bir robotu, pnömatik bir minderi ve bir nesneyi almak için önceden programlanmış sayıda adım yürüyen, ayakkabı kutusu büyüklüğünde bir robotu kontrol etmekte kullanılabildiğini gösterdi.

Daniel Preston, Rice Üniversitesi’nde makine mühendisliği alanında yardımcı doçent ve çalışmanın ortak yazarı.

Preston, “Bu çalışmadaki en büyük başarı, dijital ve analog kontrolün aynı sistem mimarisinde bir araya getirilmesi” dedi.

Her iki yaklaşımın kullanılmasıyla pnömatik kontrol devreleri, “geleneksel bir bilgisayarda düşündüğünüz birler ve sıfırlarla” dijital olarak programlanabiliyor. Preston, “Ancak analog yetenekleri, yani sürekli değişen şeyleri de sisteme katabiliyoruz” diye devam etti. “Bu, genel sistem mimarisini gerçekten basitleştirmemizi ve önceki çalışmalarda erişilemeyen yeni yeteneklere ulaşmamızı sağlıyor.”