Voeg analoog en luchtgedreven toe aan de lijst met besturingssysteemopties voor zachte robots.

In een studie die deze week online is gepubliceerd, toonden robotica-onderzoekers, ingenieurs en materiaalwetenschappers van Rice University en Harvard University aan dat het mogelijk is om programmeerbare, niet-elektronische circuits te maken die de acties van zachte robots besturen door informatie te verwerken die is gecodeerd in uitbarstingen van perslucht.

"Een deel van de schoonheid van dit systeem is dat we de berekening echt kunnen terugbrengen tot de basiscomponenten", zegt Rice-student Colter Decker, hoofdauteur van de studie in de Proceedings of the National Academy of Sciences ik> . Hij zei dat elektronische besturingssystemen decennialang zijn aangescherpt en verfijnd, en het opnieuw creëren van computercircuits "met analogen van druk en stroomsnelheid in plaats van spanning en stroom" maakte het gemakkelijker om pneumatische berekeningen op te nemen.

Decker, een hoofdvak werktuigbouwkunde, bouwde zijn zachte robotbesturingssysteem voornamelijk uit alledaagse materialen zoals plastic rietjes en elastiekjes. Ondanks zijn eenvoud toonden experimenten aan dat de door lucht aangedreven logische poorten van het systeem konden worden geconfigureerd om bewerkingen uit te voeren die Booleaanse functies worden genoemd en die het vlees en de aardappelen zijn van moderne computers.

"Het doel was nooit om elektronische computers volledig te vervangen," zei Colter. Hij zei dat er veel gevallen zijn waarin zachte robots of wearables slechts voor een paar eenvoudige bewegingen hoeven te worden geprogrammeerd, en het is mogelijk dat de technologie die in de krant wordt gedemonstreerd "veel goedkoper en veiliger in gebruik en veel duurzamer zou zijn" dan traditionele elektronische bedieningselementen.

Als eerstejaars begon Decker te werken in het laboratorium van Daniel Preston, een assistent-professor werktuigbouwkunde bij Rice. Decker studeerde fluïdische regelsystemen en raakte geïnteresseerd om er een te maken toen hij een competitieve zomeronderzoeksbeurs won waarmee hij een paar maanden kon werken in het lab van Harvard-chemicus en materiaalwetenschapper George Whitesides.

Het project veranderde in een maandenlange samenwerking tussen de twee onderzoeksgroepen, en Decker had negen co-auteurs in het onderzoek, waaronder co-corresponderende auteurs Preston en Whitesides.

Decker en collega's creëerden twee componenten, een zuigerachtige actuator die luchtdruk omzet in mechanische kracht en een klep die kan worden geschakeld tussen twee standen - uit en aan. De componenten zijn gemaakt van onderdelen zoals plastic rietjes, flexibele plastic buizen, elastiekjes, perkamentpapier en thermoplastische polyurethaanvellen die aan elkaar konden worden gehecht met een desktop-hittepers of een heet strijkijzer.

Het onderzoeksteam toonde aan dat de twee componenten kunnen worden gecombineerd in een enkel apparaat, een bistabiele klep die werkt als een schakelaar en luchtdruk gebruikt als invoer en uitvoer. Er is een bepaalde hoeveelheid luchtdruk nodig om de schakelaar tussen uit en aan te zetten. De kleppen worden gesloten gehouden door elastiekjes en ze worden geprogrammeerd door elastiekjes toe te voegen of af te trekken, waardoor de hoeveelheid druk die nodig is voor activering verandert. In tests toonde Decker aan dat de circuits kunnen worden gebruikt om een ​​zachte, handvormige robot, een pneumatisch kussen en een robot ter grootte van een schoenendoos te besturen die een voorgeprogrammeerd aantal stappen kan lopen, een object kan ophalen en terugkeren naar zijn startlocatie.

"De grootste prestatie in dit werk is de integratie van zowel digitale als analoge besturing in dezelfde systeemarchitectuur", aldus Preston. Als je beide hebt, kunnen de pneumatische besturingscircuits digitaal worden geprogrammeerd, met de "enen en nullen die je denkt aan een traditionele computer. Maar we kunnen ook analoge mogelijkheden inbrengen, dingen die continu zijn", zei hij. "Dat stelt ons in staat om de algehele systeemarchitectuur echt te vereenvoudigen en nieuwe mogelijkheden te realiseren die in eerder werk niet toegankelijk waren." + Verder verkennen

Wearables zetten 'logische' stap richting controle aan boord