Дослідники створили нові системи керування для м’яких роботів

Команда дослідників з робототехніки, інженерів і матеріалознавців з Райсського університету та Гарвардського університету продемонструвала аналогові та повітряні системи керування для м’яких роботів. Команда показала, що можна розробити програмовані, неелектронні схеми для керування діями 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 керування

Колтер Декер – головний автор дослідження та студент Райсського університету.

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

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

Декер створив систему керування м’яким роботом переважно з повсякденних матеріалів, таких як пластикові соломинки та гумові смуги. У експериментах система продемонструвала повітряні логічні ворота, які можна було налаштувати 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 Декер.

У багатьох випадках м’які роботи або носимі пристрої потребують лише простої програми для декількох простих рухів. Що стосується нової технології, то можливо, що вона “буде набагато дешевшою та безпечнішою для використання та більш довговічною” ніж традиційні електронні системи керування.

Новий проєкт був результатом співпраці між кількома дослідницькими групами та загалом дев’ятьма співавторами.

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

Об’єднання компонентів у єдиний пристрій

Два компоненти можна було об’єднати в єдиний пристрій, який був бістабільним клапаном, що працював як перемикач і використовував повітряний тиск як вхід та вихід. Конкретна кількість повітряного тиску призводила до перемикання перемикача між двома станами, а клапани утримувалися у закритому стані 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 керування м’яким, рукоподібним роботом, пневматичною подушкою та роботом розміром з коробку від взуття, який пройшов попередньо запрограмовану кількість кроків, щоб дістати об’єкт.

Даніель Престон – асистент професора механічної інженерії в Райсському університеті та співавтор дослідження.

“Найбільше досягнення в цій роботі полягає в тому, що ми впровадили як цифрове, так і аналогове керування в одній системній архітектурі”, – сказав Престон.

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