Een zachte robot, bevestigd aan een ballon en ondergedompeld in een transparante waterkolom, duiken en oppervlakken, duikt dan en komt weer boven water, als een vis die op vliegen jaagt. Zachte robots hebben dit soort trucs eerder uitgevoerd. Maar in tegenstelling tot de meeste zachte robots, deze is gemaakt en bediend zonder harde of elektronische onderdelen. Binnenkant, een zachte, rubberen computer vertelt de ballon wanneer hij moet stijgen of dalen. Voor de eerste keer, deze robot vertrouwt uitsluitend op zachte digitale logica.

In het laatste decennium, zachte robots zijn de metaaldominante wereld van robotica binnengedrongen. Grijpers gemaakt van rubberachtige siliconenmaterialen worden al gebruikt in assemblagelijnen:gedempte klauwen hanteren delicate groenten en fruit zoals tomaten, selderij, en worstlinks, of flessen en truien uit kratten halen. In laboratoria, de grijpers kunnen glibberige vissen oppikken, levende muizen, en zelfs insecten, waardoor er geen behoefte meer is aan meer menselijke interactie.

Zachte robots hebben nu al eenvoudiger besturingssystemen nodig dan hun harde tegenhangers. De grijpers zijn zo meegaand, ze kunnen gewoon niet genoeg druk uitoefenen om een ​​object te beschadigen en zonder de noodzaak om de druk te kalibreren, een eenvoudige aan-uitschakelaar volstaat. Maar tot nu toe, de meeste zachte robots vertrouwen nog steeds op wat hardware:metalen kleppen openen en sluiten luchtkanalen die de rubberachtige grijpers en armen bedienen, en een computer vertelt die kleppen wanneer ze moeten bewegen.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers hebben een zachte computer gebouwd met alleen rubber en lucht. "We emuleren het denkproces van een elektronische computer, alleen zachte materialen en pneumatische signalen gebruiken, elektronica vervangen door perslucht, " zegt Daniel J. Preston, eerste auteur op een paper gepubliceerd in PNAS en een postdoctoraal onderzoeker die samenwerkt met George Whitesides, de Woodford L. en Ann A. Flowers universiteitshoogleraar.

Om beslissingen te nemen, computers gebruiken digitale logische poorten, elektronische schakelingen die berichten (ingangen) ontvangen en reacties (uitgangen) bepalen op basis van hun programmering. Onze circuits zijn niet zo anders:wanneer een arts een pees onder onze knieschijf raakt (input), het zenuwstelsel is geprogrammeerd om ons been te schokken (output).

De zachte computer van Preston bootst dit systeem na met behulp van siliconenslangen en perslucht. Om de minimale typen logische poorten te bereiken die nodig zijn voor complexe bewerkingen, in dit geval NIET, EN, en OF - hij programmeerde de zachte kleppen om te reageren op verschillende luchtdrukken. Voor de NIET-logische poort, bijvoorbeeld, als de ingang hoge druk is, de output zal lage druk zijn. Met deze drie logische poorten, Preston zegt, "je zou elk gedrag kunnen repliceren dat op elke elektronische computer wordt gevonden."

De dobberende visachtige robot in de watertank, bijvoorbeeld, gebruikt een omgevingsdruksensor (een aangepaste NIET-poort) om te bepalen welke actie moet worden ondernomen. De robot duikt wanneer het circuit lage druk aan de bovenkant van de tank waarneemt en komt naar de oppervlakte wanneer het hoge druk op diepte waarneemt. De robot kan ook op commando aan de oppervlakte komen als iemand op een externe zachte knop drukt.

Robots die alleen met zachte onderdelen zijn gebouwd, hebben verschillende voordelen. In industriële omgevingen, zoals autofabrieken, massieve metalen machines werken met blinde snelheid en kracht. Als een mens in de weg staat, een harde robot kan onherstelbare schade aanrichten. Maar als een zachte robot tegen een mens aanbotst, Preston zegt, "u hoeft zich geen zorgen te maken over letsel of een catastrofale mislukking." Ze kunnen maar zoveel kracht uitoefenen.

Maar zachte robots zijn meer dan alleen veiliger:ze zijn over het algemeen goedkoper en eenvoudiger te maken, lichtgewicht, bestand tegen beschadiging en corrosieve materialen, en duurzaam. Voeg intelligentie toe en zachte robots kunnen voor veel meer worden gebruikt dan alleen het hanteren van tomaten. Bijvoorbeeld, een robot kan de temperatuur van een gebruiker voelen en zacht knijpen om koorts aan te geven, een duiker waarschuwen wanneer de waterdruk te hoog wordt, of duw door puin na een natuurramp om slachtoffers te helpen vinden en hulp te bieden.

Zachte robots kunnen zich ook begeven waar elektronica het moeilijk heeft:hoge stralingsvelden, zoals die geproduceerd na een nucleaire storing of in de ruimte, en in Magnetic Resonance Imaging (MRI) -machines. In de nasleep van een orkaan of overstroming, een sterke, zachte robot kan gevaarlijk terrein en schadelijke lucht aan. "Als het wordt overreden door een auto, het gaat maar door, wat we niet hebben met harde robots, ' zegt Preston.

Preston en collega's zijn niet de eersten die robots besturen zonder elektronica. Andere onderzoeksteams hebben microfluïdische circuits ontworpen, die vloeistof en lucht kan gebruiken om niet-elektronische logische poorten te creëren. Een microfluïdische oscillator hielp een zachte octopusvormige robot met alle acht armen te zwaaien.

Nog, microfluïdische logische circuits zijn vaak afhankelijk van harde materialen zoals glas of harde kunststoffen, en ze gebruiken zulke dunne kanalen waar slechts kleine hoeveelheden lucht tegelijk doorheen kunnen gaan, de beweging van de robot vertragen. In vergelijking, De kanalen van Preston zijn groter - bijna een millimeter in diameter - waardoor veel snellere luchtstroomsnelheden mogelijk zijn. Zijn op de lucht gebaseerde grijpers kunnen een object binnen enkele seconden vastpakken.

Microfluïdische circuits zijn ook minder energiezuinig. Zelfs in rust de apparaten gebruiken een pneumatische weerstand, die lucht uit de atmosfeer naar een vacuüm- of drukbron stroomt om stasis te behouden. Preston's circuits hebben geen energie-invoer nodig als ze inactief zijn. Een dergelijke energiebesparing kan van cruciaal belang zijn in noodsituaties of rampen waarbij de robots ver van een betrouwbare energiebron komen.

De rubberen robots bieden ook een verleidelijke mogelijkheid:onzichtbaarheid. Afhankelijk van welk materiaal Preston kiest, hij zou een robot kunnen ontwerpen die is afgestemd op een specifieke stof. Dus, als hij een materiaal kiest dat zich in water camoufleert, de robot zou transparant lijken wanneer ondergedompeld. In de toekomst, hij en zijn collega's hopen autonome robots te maken die onzichtbaar zijn voor het blote oog of zelfs sonardetectie. "Het is gewoon een kwestie van de juiste materialen kiezen, " hij zegt.

Voor Preston, de juiste materialen zijn elastomeren (of rubbers). Terwijl andere velden hogere macht najagen met machine learning en kunstmatige intelligentie, het team van Whitesides keert zich af van de toenemende complexiteit. "Er is veel capaciteit daar, "Preston zegt, "maar het is ook goed om een ​​stapje terug te doen en na te denken of er een eenvoudigere manier is om dingen te doen die hetzelfde resultaat opleveren, vooral als het niet alleen eenvoudiger is, het is ook goedkoper."