Ingenjörer har lyckats bygga en robot som inte behöver någon elektronik för att fungera, utan klarar sig på komprimerad luft som konstant tar sig genom roboten och driver dess olika funktioner.
Projektet leddes av Michael Tolley, professor vid universitet San Diego i Kalifornien, redogör för sina resultat i tidskriften Science Robotics. “Detta arbete representerar ett fundamentalt men betydligt steg mot fullständigt autonoma, elektronikfria, fungerande robotar”, hävdade Dylan Drotman, en doktorandstudent som medverkar i Trolleys undersökning.
Användningen av dessa robotar förekommer inom underhållning som leksaker och robotar som kan fungera i miljöer där elektronik inte kan fungera, som MR-maskiner. Robotar framställda av ett mjukt, elastiskt material framkallar intresse eftersom de lätt kan anpassas efter miljön och fungera på ett säkert sätt nära människor.
De flesta robotar som är framställda av ett mer töjbart och anpassningsbart material drivs av komprimerad luft och är kontrollerade av ett kopplingsschema. Dessa delar är nödvändiga för robotens rörelser och kan jämföras med en motsvarighet till nervsystemet. Problemet med detta är att kopplingsschemat kräver utrustning som sitter ovanpå roboten eller befinner sig utanför robotens kropp. Dessa komponenter är ofta stora och dyra, medan denna robotmodell består av en lätt pneumatisk koppling som innehåller tuber och rörförstärkare ovanpå roboten. Roboten kan gå och följa instruktioner efter kommando eller som svar på förändringar som omgivningen signalerar.
“Med våra resultat kan man åstadkomma en väldigt komplex robothjärna”, påstår Trolley, en av författarna till studien. “Vårt fokus här låg i att skapa det enklaste luftdrivna nervsystemet som behövs för att kontrollera robotens steg” [översättning].
Robotens mekaniska rörelser härmar däggdjurens reflexer som uppstår genom en svarsignal från nerver i ryggmärgen istället för en signal från hjärnan. Forskargruppen hade inspirerats av neuronernas signaler i centrala nervsystemet hos djur, som innehåller enkla byggstenar som kan generera rytmiska mönster för att kontrollera rörelser som förekommer när de går eller springer.
För att härma generatorns funktioner har ingenjörerna byggt ett system av rörförstärkare som fungerar som oscillatorer som kontrollerar i vilken utsträckning komprimerad luft lyckas ta sig in i robotens “ben” och “vävnader”. Forskarna byggde en innovativ komponent som koordinerar robotens gång genom att fördröja att luften tar sig till benen, vilket har inspirerats av vissa sköldpaddor.
Roboten är även utrustad med enkla mekaniska sensorer (små bubblor fyllda med vätska, placerade i slutet av delar som stack ut från robotens kropp). När bubblorna trycks ned, rör sig vätskan i en förstärkare, som leder till att roboten ändrar riktning. Detta projekt har inspirerats av tidigare arbete av andra forskare som utvecklade oscillatorer och sensorer som fungerar med hjälp av pneumatik och har lagt till de nödvändiga komponenterna för att uppnå rörelsefunktioner som gång hos roboten.
Detta fungerar för att roboten är byggd av tre rörförstärkare som fungerar som växelriktare som leder till ett högt tryck som sprider sig runt inuti den luftdrivna kretsen, med fördröjningar vid varje växelriktare. Varenda ett av robotens ben kan ändra riktning i tre vinklar, som styrs av tre olika “muskler”. Benen är vinklade nedåt 45 grader och kopplade med bland annat pneumatiska cylinderformade kammare. När en kammare utsätts för tryck, böjer sig “vävnaden” i den motsatta riktningen.
Resultatet blir att de tre kamrarna hos vardera vävnad möjliggör att roboten kan gå, för att vävnaden kan böja sig. Forskarna anslöt kamrarna från varje ben diagonalt åt motsatt håll från varandra för att underlätta problemet med kontrollen. En elastisk och böjbar rörförstärkare ändrar riktning av vävnadens rotation som kan ändra sig från en riktning medurs till en riktning moturs och tvärtom. Den rörförstärkaren beter sig som en växel med två inmatningar och fyra utmatningar, så att varje inmatning har ett korresponderande par utmatningar som är kopplade.
Forskarna vill förbättra robotens gång i framtiden så att den kan gå på terränger och ojämna ytor i naturen. Detta hade låtit roboten navigera flera olika sorters hinder. Detta hade även krävt ett mer softisikerat nätverk av sensorer som ett resultat av ett mer komplext pneumatiskt system.
Gruppen kommer även att undersöka hur teknologin kan användas till att skapa robotar som är dels drivna av pneumatik för vissa funktioner, som gång, dels elektronik för att hantera mer komplicerade funktioner.
C. M: – Info Express
E: hello@infoexpress.se
Källa: University of California – San Diego. ”This robot doesn’t need any electronics: Walking quadruped is controlled and powered by pressurized air.” ScienceDaily. 17 februari 2021..
