Повітряна пам’ять комп’ютера може контролювати рухи м’яких роботів

Інженери з Університету Каліфорнії – Ріверсайд розробили повітряну пам’ять комп’ютера, яка може допомогти контролювати рухи м’яких роботів. Нова система вирішує одну з найбільших проблем у сфері м’якої робототехніки, а саме розбіжність між пневматикою та електронікою.

Дослідження було опубліковано в PLOS One.

Стиснене повітря використовується для руху м’яких, гумових кінцівок і захватів пневматичних м’яких роботів, які краще виконують деликатні завдання, ніж традиційні жорсткі роботи. Одночасно вони також безпечніші.

Існуючі системи, які використовуються для контролю пневматичних м’яких роботів, залежать від електронних клапанів і комп’ютерів для підтримки положення рухомих частин робота. Однак електронні частини збільшують вартість, розмір і потужність таких роботів.

Команду очолювали аспірант біоінженерії Шейн Хоан, професор біоінженерії Вільям Гровер, професор комп’ютерних наук Філіп Бріск і професор механічної інженерії Константінос Карідіс. Команда черпала натхнення з минулого, щоб просунути сферу м’якої робототехніки.

“Пневматична логіка” раніше використовувалася для контролю різних продуктів, таких як термостати і системи клімат-контролю в початку 1990-х років. Вона залежить від повітря замість електрики, і повітря протікає через контури або канали. Тиск повітря також використовується для представлення значеннями “включено/вимкнено” або “правда/брехня”, а в сучасних комп’ютерах це представлено кодом 1 і 0, який потім може контролювати електричні заряди.

Пневматичні м’які роботи повинні пам’ятати і підтримувати положення своїх рухомих частин, тому дослідники поставили за мету розробити пневматичну логіку “пам’ять”, яка могла б усунути потребу в електронній пам’яті, яка зараз використовується.

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

Створення пневматичної випадкової доступної пам’яті

Команда створила свою пневматичну випадкову доступну пам’ять, або ОЗП, чип, використовуючи мікрофлюїдні клапани замість електронних транзисторів. Спочатку розроблені для контролю потоку рідини на мікрофлюїдних чіпах, мікрофлюїдні клапани також можуть контролювати потік повітря. Клапани герметизовані проти тиску, і це справедливо навіть коли вони відключені від повітряної лінії. Ця система створила заблоковані тискові різниці, які діють як пам’ять і можуть підтримувати стани актуаторів робота.

Залежно від цих щільних масивів клапанів, рухи роботів можуть виконувати складні операції. Одночасно вони зменшують потребу в дорогому, громіздкому і енергозатратному електронному обладнанні.

Команда спочатку модифікувала мікрофлюїдні клапани, щоб вони могли обробляти більші потоки повітря. Потім вони виробили 8-бітний пневматичний чип ОЗП, який міг контролювати більші і швидші м’які роботи, перш ніж інтегрувати його в 3D-друковані гумові руки.

Пневматична ОЗП залежить від атмосферного тиску, щоб представити значення “0” або Хибу, а вакуум використовується для представлення значення “1” або Правди. Коли підключено до атмосферного тиску, м’які роботизовані пальці розширюються, а коли підключено до вакууму, вони скорочуються.

Дослідники змогли змінювати комбінації атмосферного тиску і вакууму в каналах на чіпі ОЗП, щоб зробити робота грати ноти, акорди і, врешті-решт, цілу пісню на піаніно.

За словами команди, ця система теоретично могла б бути використана для управління іншими роботами без потреби в електронному обладнанні. Їй потрібен лише батарейний насос, щоб створити вакуум.

Також немає ризику випадкового надтиску і відмови роботизованої та системи контролю через відсутність позитивного тиску в системі. Це означає, що ці роботи значно безпечніші для людей, тому їх можна використовувати як носимі пристрої.