Инженеры Калифорнийского университета в Риверсайде представили компьютерную память с воздушным питанием, которую можно использовать для управления мягкими роботами. Эта разработка преодолевает одно из самых больших препятствий на пути развития мягкой робототехники: фундаментальное несоответствие между пневматикой и электроникой. Работа опубликована в журнале с открытым доступом PLOS One.
Пневматические мягкие роботы используют воздух под давлением для движения мягких, резиновых конечностей и захватов, они превосходят возможности традиционных жестких роботов в выполнении мелких задач. Кроме того, они более безопасны для человека.
Но существующие системы управления пневматическими мягкими роботами все еще используют электронные клапаны и компьютеры для поддержания положения подвижных частей робота. Эти электронные детали увеличивают стоимость, размер и энергопотребление мягких роботов, что ограничивает возможности их применения.
Чтобы продвинуть возможности мягкой робототехники, исследователи снабдили ее пневматической системой. В ней воздух, а не электричество, проходит через цепи или каналы, а давление воздуха используется для обозначения включения, выключения или истинности, ложности.
Пневматическим мягким роботам также был необходим способ запоминания и поддержания положения их движущихся частей. Исследователи поняли, что если им удастся создать пневматическую логическую память для мягкого робота, то они смогут отказаться от электронной памяти.
Исследователи создали свой чип пневматической памяти с произвольным доступом, используя микрофлюидные клапаны вместо электронных транзисторов. Микрофлюидные клапаны были первоначально разработаны для управления потоками жидкостей в чипах, но они также могут управлять потоками воздуха. Клапаны остаются герметичными при перепаде давления даже при отсоединении от линии подачи воздуха, создавая перепады давления, которые работают как память и поддерживают состояние исполнительных механизмов робота. Плотные массивы таких клапанов могут выполнять сложные операции и уменьшать количество дорогостоящего, громоздкого и энергоемкого электронного оборудования.
После модификаций микрофлюидных клапанов, дабы утилизировать бóльшие скорости потоков воздуха, команда создала 8-битный пневматический RAM-чип, способный контролировать бóльших и более быстрых мягких роботов, затем встроило его в пару резиновых "рук", напечатанных с помощью 3D - принтера. Пневматическое RAM использует воздух с давлением, равным атмосферному, как "0", или значение FALSE, а вакуум как "1", или значение TRUE. Мягкие роботические пальцы вытягиваются, когда подключены к воздуху с атмосферным давлением, и сокращаются, когда подключены к вакууму.
Варьируя комбинации воздуха с атмосферным давлением и вакуума внутри каналов RAM-чипа, исследователи заставили робота воспроизовдить ноты, аккорды, и даже целую песню — "У Марии был Маленький Ягнёнок" — на пианино.
В теории, эта система может быть использована, чтобы управлять другими роботами без какой-либо электроники, и насосом, питающимся от батареи, чтобы создать вакуум. Исследователи отмечают, что без положительного давления где-либо в системе — только используя нормальное атмосферное давление — нет риска случайного избыточного давления и критического сбоя в функционировании робота или его системе контроля. Роботы, использующие эту технологию будут особенно безопасны для "деликатного" использования на или среди людей, например как носимые устройства для младенцев с двигательной недостаточностью.
Источники :
Kommentare