Flydende kredsløb tilføjer analoge muligheder for styring af bløde robotter

Tilføj analog og luftdrevet til listen over styresystemmuligheder for bløde robotter.

I en undersøgelse offentliggjort online i denne uge viste robotteknologiforskere, ingeniører og materialeforskere fra Rice University og Harvard University, at det er muligt at lave programmerbare, ikke-elektroniske kredsløb, der styrer bløde robotters handlinger ved at behandle information kodet i trykluftsudbrud.

"En del af det smukke ved dette system er, at vi virkelig er i stand til at reducere beregningen ned til dets basiskomponenter," sagde Rice bachelor Colter Decker, hovedforfatter af undersøgelsen i Proceedings of the National Academy of Sciences i> . Han sagde, at elektroniske kontrolsystemer er blevet finpudset og forfinet i årtier, og at genskabe computerkredsløb "med analoger til tryk og flowhastighed i stedet for spænding og strøm" gjorde det lettere at inkorporere pneumatisk beregning.

Decker, en senior med speciale i maskinteknik, konstruerede sit bløde robotstyringssystem primært af hverdagsmaterialer som plastiksugerør og gummibånd. På trods af sin enkelhed viste eksperimenter, at systemets luftdrevne logiske porte kunne konfigureres til at udføre operationer kaldet booleske funktioner, som er kødet og kartoflerne i moderne computere.

"Målet var aldrig helt at erstatte elektroniske computere," sagde Colter. Han sagde, at der er mange tilfælde, hvor bløde robotter eller wearables kun skal programmeres til nogle få enkle bevægelser, og det er muligt, at teknologien, der er demonstreret i papiret, "ville være meget billigere og sikrere at bruge og meget mere holdbar" end traditionelle elektroniske kontroller.

Som nybegynder begyndte Decker at arbejde i laboratoriet hos Daniel Preston, en assisterende professor i maskinteknik ved Rice. Decker studerede væskekontrolsystemer og blev interesseret i at skabe et, da han vandt et konkurrencedygtigt sommerforskningsstipendium, der ville give ham mulighed for at tilbringe et par måneder i laboratoriet hos Harvard-kemikeren og materialeforskeren George Whitesides.

Projektet blev til et månedslangt samarbejde mellem de to forskergrupper, og Decker havde ni medforfattere på undersøgelsen, inklusive medkorresponderende forfattere Preston og Whitesides.

Decker og kolleger skabte to komponenter, en stempellignende aktuator, der omsætter lufttryk til mekanisk kraft og en ventil, der kan skiftes mellem to tilstande - slukket og tændt. Komponenterne blev lavet af dele, der omfattede plastiksugerør, fleksible plastikslanger, gummibånd, pergamentpapir og termoplastiske polyurethanplader, der kunne bindes sammen med en skrivebordsvarmepresse eller et varmt strygejern.

Forskerholdet viste, at de to komponenter kunne kombineres i en enkelt enhed, en bistabil ventil, der fungerer som en kontakt og bruger lufttryk som både input og output. Der kræves en bestemt mængde lufttryk for at skifte mellem slukket og tændt tilstand. Ventilerne holdes lukket af gummibånd, og de programmeres ved at tilføje eller fratrække gummibånd, hvilket ændrer mængden af ​​tryk, der kræves til aktivering. I test viste Decker, at kredsløbene kunne bruges til at styre en blød, håndformet robot, en pneumatisk pude og en robot i skoæskestørrelse, der kunne gå et forudprogrammeret antal skridt, hente en genstand og vende tilbage til dens startposition.

"Den største bedrift i dette arbejde er inkorporeringen af ​​både digital og analog kontrol i den samme systemarkitektur," sagde Preston. At have begge betyder, at de pneumatiske styrekredsløb kan programmeres digitalt med de "etere og nuller, som du tænker på i en traditionel computer. Men vi kan også bringe analoge muligheder ind, ting, der er kontinuerlige," sagde han. "Det giver os mulighed for virkelig at forenkle den overordnede systemarkitektur og opnå nye funktioner, som ikke var tilgængelige i tidligere arbejde." + Udforsk yderligere

Wearables tager et "logisk" skridt mod indbygget kontrol