Дослідники створили нові системи контролю для м’яких роботів

Команда дослідників з робототехніки, інженерів і матеріалознавців з Райсського університету та Гарвардського університету продемонструвала аналогові та повітряні системи контролю для м’яких роботів. Команда показала, що можливо розробити програмовані, неелектронні схеми для контролю дій м’яких роботів. Ці схеми працюють шляхом обробки інформації, закодованої в серіях стисненого повітря.

Дослідження було опубліковано в Proceedings of the National Academy of Sciences. 

Створення системи контролю

Колтер Деккер є головним автором дослідження та студентом Райсського університету. 

“Частина краси цієї системи полягає в тому, що ми дійсно можемо знизити обчислення до своїх базових компонентів”, – сказав Деккер. 

Він також сказав, що електронні системи контролю були вдосконалені протягом десятиліть, і шляхом реконструкції комп’ютерної схемотехніки “з аналогами тиску та потоку замість напруги та струму” легше інтегрувати пневматичні обчислення. 

Деккер створив систему контролю м’якого робота переважно з повсякденних матеріалів, таких як пластикові соломинки та гумові смуги. У експериментах система продемонструвала повітряні логічні ворота, які можна було сконфігурувати для виконання операцій, відомих як булеві функції, які є важливими для сучасних обчислень. 

“Мета ніколи не полягала в тому, щоб повністю замінити електронні комп’ютери”, – сказав Деккер. 

У багатьох випадках м’які роботи або носимі пристрої потрібно програмувати лише для декількох простих рухів. Що стосується нової технології, то можливо, що вона “буде значно дешевшою та безпечнішою для використання та більш довговічною” ніж традиційні електронні контролі. 

Новий проєкт був спільною роботою кількох дослідницьких груп та загалом дев’яти співавторів. 

Команда створила два компоненти. Перший – це поршневий виконавчий механізм, який перетворює повітряний тиск у механічну силу. А другий – це клапан, який можна увімкнути та вимкнути. Компоненти були виготовлені з різних частин, включаючи пластикові соломинки, гнучкі пластикові трубки, гумові смуги, папір для випічки та термопластичні поліуретанові листи. 

Об’єднання компонентів у єдиний пристрій

Два компоненти можна було об’єднати в єдиний пристрій, який був двозначним клапаном, що працював як перемикач, використовуючи повітряний тиск як вхід та вихід. Визначена кількість повітряного тиску призводила до перемикання перемикача між двома станами, а клапани трималися закритими гумовими смугами та програмувалися шляхом додавання або видалення гумових смуг. Це призводило до зміни кількості тиску, необхідного для активації. 

Тести показали, що схеми можна використовувати для контролю м’якого, рукоподібного робота, пневматичної подушки та робота розміром з коробку від взуття, який рухався певну кількість кроків, щоб дістати об’єкт. 

Даніель Престон є асистентом професора механічної інженерії в Райсському університеті та співавтором дослідження. 

“Найбільшим досягненням цієї роботи є інтеграція як цифрового, так і аналогового контролю в одній системній архітектурі”, – сказав Престон. 

З обома, пневматичні схеми контролю можна програмувати цифровим способом з “одиничками та нулями, про які ви думаєте в традиційному комп’ютері. Але ми також можемо додати аналогові можливості, речі, які є безперервними”. Він продовжує: “Це дозволяє нам дійсно спростити загальну архітектуру системи та досягти нових можливостей, які не були доступні в попередній роботі”.