Исследователи из Университета Райса и Гарвардского университета в США в своей новой разработке показали, что можно создавать программируемые неэлектронные схемы, которые с помощью потоков сжатого воздуха управляют действиями эластичной робототехники. Об этом сообщает портал TechXplore. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Электронные системы управления оттачивались и совершенствовались десятилетиями, но воссоздание компьютерной схемы «с аналогами давления и скорости потока вместо напряжения и тока» упростило внедрение пневматических вычислений.
«Значимый плюс такой системы в том, что мы действительно можем сократить вычисления до базовых компонентов», – отметил Колтер Декер, научный сотрудник Университета Райса и ведущий автор нового исследования.
Он построил свою роботизированную софт-систему управления в основном из повседневных материалов, таких как пластиковые соломинки для питья и резиновые ленты. Несмотря на видимую простоту, эксперименты показали, что управляемые воздухом логические вентили системы можно настроить для выполнения операций, называемых булевыми функциями, которые составляют основу современных вычислений.
«Цель никогда не заключалась в том, чтобы полностью заменить электронные компьютеры», – подчеркнул Декер. Но во многих случаях роботов или носимые устройства нужно запрограммировать только на несколько простых движений, и поэтому пневматическая технология, продемонстрированная в новой разработке, оказалась бы намного дешевле и безопаснее в использовании и намного долговечнее, чем традиционные электронные элементы управления.
Декер и его коллеги создали два компонента: поршневой привод, который преобразует давление воздуха в механическую силу, и клапан, который можно переключать между двумя состояниями – выключенным и включенным. Компоненты были сделаны из простых подручных пластиковых деталей, пергаментной бумаги и листов термопластичного полиуретана, которые можно было склеить вместе с помощью настольного термопресса или горячего утюга.
Исследовательская группа показала, что два компонента могут быть объединены в одном устройстве – бистабильном клапане, который работает как переключатель и использует давление воздуха как на входе, так и на выходе. Для переключения между «выключенным» и «включенным» состояниями требуется определенное давление воздуха. Клапаны удерживаются закрытыми с помощью резиновых лент, и они программируются путем добавления или удаления резиновых лент, что изменяет величину давления, необходимого для активации.
В ходе испытаний Декер показал, что схемы можно использовать для управления эластичным роботом в форме руки, пневматической подушкой и другим роботом (размером с обувную коробку), который способен пройти заранее запрограммированное количество шагов, извлечь объект и вернуться в исходное положение.
«Самым большим достижением в этой работе является включение как цифрового, так и аналогового управления в одну и ту же системную архитектуру. Это позволяет нам существенно упростить общую архитектуру системы и получить новые возможности, недоступные ранее», – отметил Дэниел Престон, доцент кафедры машиностроения и глава лаборатории Университета Райса, в которой создавалась новая разработка.