物理科技生物学-PHYICA

气动计算机内小原靖子存有助于机器人控制动作

技术工程 2021-12-21 21:56:37

Air-powered computer memory helps soft robot control movements一种8位气动RAM芯片,用于帮助软机器人控制其运动。该芯片使用微流体阀来控制气流,而不是电子晶体管。功劳:加州大学河滨分校的威廉·格罗弗/ UCR工程师公布了一种气动计算机存储器,可用于控制软机器人。这项创新克服了推进软机器人技术的最大障碍之一:气动和电子之间的根本不匹配。这项工作发表在开放存取期刊《PLOS一号》上。气动软机器人使用压缩空气来移动柔软的橡胶四肢和抓手,在执行精细任务方面优于传统的刚性机器人。它们对人类来说也更安全。2014年迪士尼动画电影《大英雄6》中的保健伴侣机器人Ba ymax是一款气动机器人,理由很充分。

但是现有的控制气动软机器人的系统仍然使用电子阀门和计算机来保持机器人移动部件的位置。这些电子部件增加了软机器人相当大的成本、尺寸和功率需求,限制了它们的可行性。

为了将软机器人技术推向未来,由生物工程博士生Shane Hoang、他的顾问、生物工程教授William Grover、计算机科学教授Philip Brisk和机械工程教授Konstantinos Karydis领导的团队回顾了过去。

“气动逻辑”早于电子计算机,曾经在各种产品中提供高级控制,从恒温器和气候控制系统的其他组件到20世纪初的钢琴播放器。在气动逻辑中,空气而不是电流经电路或通道,气压用于表示开/关或真/假。在现代计算机中,这些逻辑状态在代码中用1和0来表示,以触发或结束电荷。

气动软机器人需要一种方法来记忆和保持其运动部件的位置。研究人员意识到,如果他们能够为软机器人创建一个pne逻辑“存储器”,他们就可以消除目前用于该目的的电子存储器。

研究人员用微流体阀代替电子晶体管制造了他们的气动随机存取存储器芯片。微流体阀最初设计用于控制微流体芯片上的液体流动,但它们也可以控制空气流动。这些阀门即使在与供气管线断开时也能保持密封,从而产生截留的压差,作为记忆并保持机器人执行器的状态。这些阀门的密集阵列可以形成先进的操作,并减少通常用于控制气动机器人的昂贵、笨重和耗电的电子硬件。

在修改微流体阀以处理更大的空气流速后,该团队生产了一个8位气动随机存取存储器芯片,能够控制更大、移动更快的软机器人,并将其整合到一双3D打印的橡胶手中。气动闸板使用大气压空气表示“0”或假值,真空表示“1”或真值。当连接到大气压时,柔软的机器人手指伸展,当连接到真空时,手指收缩。

通过改变随机存取存储器芯片通道内大气压力和真空的组合,研究人员能够让机器人在钢琴上弹奏音符、和弦,甚至一整首歌——《玛丽有一只小羊羔》。

理论上,这个系统可以用来操作其他机器人,而不需要任何电子硬件,只需要一个电池供电的泵来产生真空。研究人员指出,如果系统中没有正压——只有正常的大气压力——就不会有意外过压和机器人或其控制系统暴力故障的风险。使用这种技术的机器人对于在人体上或人体周围的精细使用特别安全,例如用于有运动障碍的婴儿的可穿戴设备。

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