Door lucht aangedreven computergeheugen om zachte robots te besturen
Ingenieurs van UC Riverside hebben een door lucht aangedreven computergeheugen ontwikkeld dat kan worden gebruikt om zachte robots te besturen.
Het werk, gepubliceerd in het open access tijdschrift, PLOS One, looks to overwint een van de grootste obstakels voor de opmars van zachte robotica, namelijk de mismatch tussen pneumatiek en elektronica.
Pneumatische zachte robots gebruiken perslucht om zachte, rubberachtige ledematen en grijpers te bewegen en bieden niet alleen superieure prestaties aan traditionele starre robots als het gaat om het uitvoeren van delicate taken, maar voor mensen zijn ze veel veiliger om in de buurt te zijn - vooral als het gaat om het werken met cobots .
Op dit moment gebruiken pneumatische zachte robots nog steeds elektronische kleppen en computers om de positie van de bewegende delen van de robot te behouden, wat aanzienlijke kosten, afmetingen en vermogens kan veroorzaken voor zachte robots, waardoor hun haalbaarheid wordt beperkt.
Als reactie hierop heeft een team onder leiding van doctoraatsstudent bio-ingenieur Shane Hoang, zijn adviseur, professor bio-ingenieur William Grover, professor informatica Philip Brisk en professor werktuigbouwkunde Konstantinos Karydis een pneumatisch logisch "geheugen" ontwikkeld voor een zachte robot, waardoor de elektronische geheugen dat momenteel voor dat doel wordt gebruikt.
In pneumatische logica stroomt lucht, niet elektriciteit, door circuits of kanalen en wordt luchtdruk gebruikt om aan/uit of waar/onwaar weer te geven. In moderne computers worden deze logische toestanden weergegeven door 1 en 0 in code om elektrische ladingen te activeren of te beëindigen.
De onderzoekers maakten hun pneumatische random-access memory, of RAM, chip met behulp van microfluïdische kleppen in plaats van elektronische transistors. Oorspronkelijk ontworpen om de vloeistofstroom op microfluïdische chips te regelen, kunnen deze kleppen ook de luchtstroom regelen.
De kleppen blijven afgedicht tegen een drukverschil, zelfs wanneer ze zijn losgekoppeld van een luchttoevoerleiding, waardoor ingesloten drukverschillen ontstaan die als geheugen fungeren en de toestanden van de actuatoren van een robot behouden. Dichte reeksen van deze kleppen kunnen geavanceerde bewerkingen uitvoeren en de dure, omvangrijke en energieverslindende elektronische hardware verminderen die doorgaans wordt gebruikt om pneumatische robots te besturen.
Na het aanpassen van de microfluïdische kleppen om grotere luchtstroomsnelheden aan te kunnen, produceerde het team een 8-bit pneumatische RAM-chip die grotere en sneller bewegende zachte robots kan besturen, en verwerkte deze in een paar 3D-geprinte rubberen handen. De pneumatische RAM gebruikt lucht onder atmosferische druk om een "0" of FALSE-waarde weer te geven, en vacuüm om een "1" of TRUE-waarde weer te geven. De zachte robotvingers worden gestrekt bij aansluiting op atmosferische druk en samengetrokken bij aansluiting op vacuüm.
In theorie zou dit systeem kunnen worden gebruikt om andere robots te bedienen zonder elektronische hardware en alleen een pomp op batterijen om een vacuüm te creëren. De onderzoekers merkten op dat zonder positieve druk ergens in het systeem - alleen normale atmosferische luchtdruk - er geen risico is op onbedoelde overdruk en gewelddadige uitval van de robot of het besturingssysteem.
Robots die dit gebruiken technologie zou vooral veilig zijn voor delicaat gebruik op of rond mensen, zoals draagbare apparaten voor baby's met motorische beperkingen.