Các nhà nghiên cứu tạo ra hệ thống điều khiển mới cho rô-bốt mềm

Một nhóm các nhà nghiên cứu robot, kỹ sư và nhà khoa học vật liệu từ Đại học Rice và Đại học Harvard đã chứng minh các tùy chọn hệ thống điều khiển analog và khí nén cho rô-bốt mềm. Nhóm đã chỉ ra rằng có thể phát triển các mạch không điện tử có thể lập trình để điều khiển hành động của rô-bốt mềm. Các mạch này hoạt động bằng cách xử lý thông tin được mã hóa trong các xung khí nén.

Nghiên cứu này được công bố trên Tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences.

Tạo hệ thống điều khiển

Colter Decker là tác giả chính của nghiên cứu và là sinh viên năm cuối của Đại học Rice.

“Một phần của vẻ đẹp của hệ thống này là chúng tôi thực sự có thể giảm thiểu tính toán xuống các thành phần cơ bản,” Decker nói.

Anh cũng nói rằng các hệ thống điều khiển điện tử đã được tinh chỉnh trong nhiều thập kỷ, và bằng cách tái tạo mạch điện tử “với các tương tự về áp suất và tốc độ dòng chảy thay vì điện áp và dòng điện,” nó trở nên dễ dàng hơn để kết hợp tính toán khí nén.

Decker đã tạo ra hệ thống điều khiển rô-bốt mềm chủ yếu từ các vật liệu hàng ngày, chẳng hạn như ống hút nhựa và dây thun. Trong các thí nghiệm, hệ thống đã chứng minh các cổng logic khí nén có thể được cấu hình để thực hiện các hoạt động được gọi là hàm Boolean, điều này rất quan trọng đối với tính toán hiện đại.

“Mục tiêu không bao giờ là thay thế hoàn toàn máy tính điện tử,” Decker nói.

Trong nhiều trường hợp, rô-bốt mềm hoặc thiết bị đeo chỉ cần được lập trình cho một vài chuyển động đơn giản. Đối với công nghệ mới, có thể “nó sẽ rẻ hơn và an toàn hơn để sử dụng và bền hơn” so với các điều khiển điện tử truyền thống.

Dự án mới này là một sự hợp tác giữa một số nhóm nghiên cứu và tổng cộng chín đồng tác giả.

Nhóm đã tạo ra hai thành phần. Thành phần đầu tiên là một bộ truyền động giống như piston, dịch áp suất khí thành lực cơ học. Và thành phần thứ hai là một van có thể được tắt và bật. Các thành phần được xây dựng từ các bộ phận khác nhau, bao gồm ống hút nhựa, ống mềm dẻo, dây thun, giấy da, và tấm polyurethane nhiệt dẻo.

Kết hợp các thành phần vào thiết bị đơn

Hai thành phần có thể được kết hợp vào một thiết bị đơn, đó là van hai trạng thái hoạt động như một công tắc và sử dụng áp suất khí làm đầu vào và đầu ra. Một lượng áp suất khí nhất định sẽ làm cho công tắc được bật giữa hai trạng thái, và các van được giữ đóng bằng dây thun và được lập trình bằng cách thêm hoặc bớt dây thun. Điều này đã dẫn đến sự thay đổi về lượng áp suất cần thiết để kích hoạt.

Các thử nghiệm đã chứng minh rằng các mạch có thể được sử dụng để điều khiển một rô-bốt mềm hình tay, một đệm khí và một rô-bốt cỡ hộp giày đi một số bước đã được lập trình để lấy một vật thể.

Daniel Preston là giáo sư trợ lý về kỹ thuật cơ khí tại Đại học Rice và là đồng tác giả của nghiên cứu.

“Thành tựu lớn nhất trong công việc này là việc kết hợp cả điều khiển số và analog trong cùng một kiến trúc hệ thống,” Preston nói.

Với cả hai, các mạch điều khiển khí nén có thể được lập trình số với “những số 0 và 1 mà bạn nghĩ về trong một máy tính truyền thống. Nhưng chúng tôi cũng có thể đưa vào các khả năng analog, những thứ liên tục.” anh tiếp tục. “Điều đó cho phép chúng tôi thực sự đơn giản hóa kiến trúc hệ thống tổng thể và đạt được các khả năng mới mà trước đây không thể tiếp cận.”