Luchtaangedreven robot heeft geen elektronica nodig

Ingenieurs hebben een vierpotige zachte robot gemaakt die geen elektronica nodig heeft om te werken. De robot heeft alleen een constante bron van perslucht nodig voor al zijn functies, inclusief de bedieningselementen en voortbewegingssystemen. Toepassingen zijn onder meer robots die kunnen werken in omgevingen waar elektronica niet kan functioneren, zoals MRI-machines of mijnschachten. Zachte robots zijn van bijzonder belang omdat ze zich gemakkelijk aanpassen aan hun omgeving en veilig in de buurt van mensen werken.

De meeste zachte robots worden aangedreven door perslucht en worden bestuurd door elektronische circuits. Maar deze aanpak vereist complexe componenten zoals printplaten, kleppen en pompen, vaak buiten het lichaam van de robot. Deze componenten, die de hersenen en het zenuwstelsel van de robot vormen, zijn doorgaans omvangrijk en duur. De nieuwe robot wordt daarentegen bestuurd door een lichtgewicht, goedkoop systeem van pneumatische circuits, bestaande uit buizen en zachte kleppen aan boord van de robot zelf. De robot kan lopen op commando of in reactie op signalen uit de omgeving.

Lees een vraag en antwoord met de onderzoeker

UCSD-ingenieur Dylan Drotman vertelt Tech Briefs waar dit type robot kan worden gebruikt en hoe hij mogelijk veel meer kan dan alleen lopen.

De rekenkracht van de robot bootst ruwweg zoogdierreflexen na die worden aangedreven door een neurale reactie van de wervelkolom in plaats van de hersenen. Het team werd geïnspireerd door neurale circuits die bij dieren worden gevonden, centrale patroongeneratoren genoemd, gemaakt van zeer eenvoudige elementen die ritmische patronen kunnen genereren om bewegingen zoals lopen en rennen te beheersen. Om de functies van de generatoren na te bootsen, bouwde het team een ​​systeem van kleppen die als oscillatoren fungeren en de volgorde regelen waarin perslucht de door lucht aangedreven spieren in de vier ledematen van de robot binnenkomt. De onderzoekers bouwden een onderdeel dat de gang van de robot coördineert door de injectie van lucht in de benen van de robot uit te stellen. De gang van de robot is geïnspireerd op schildpadden met een zijhals.

De robot is ook uitgerust met eenvoudige mechanische sensoren - kleine zachte belletjes gevuld met vloeistof die aan het uiteinde van de gieken uit het lichaam van de robot steken. Wanneer de bubbels worden ingedrukt, klapt de vloeistof een klep in de robot op waardoor deze van richting verandert. De robot is uitgerust met drie kleppen die werken als inverters die ervoor zorgen dat een hogedruktoestand zich verspreidt over het luchtaangedreven circuit, met een vertraging bij elke inverter.

Elk van de vier poten van de robot heeft drie vrijheidsgraden, aangedreven door drie spieren. De poten staan ​​onder een hoek van 45 graden naar beneden en bestaan ​​uit drie parallelle, verbonden pneumatische cilindrische kamers met balg. Wanneer een kamer onder druk staat, buigt de ledemaat in de tegenovergestelde richting. Dientengevolge bieden de drie kamers van elke ledemaat een meerassige buiging die nodig is om te lopen. De onderzoekers koppelden kamers van elk been diagonaal tegenover elkaar, wat het controleprobleem vereenvoudigt.

Een zachte klep schakelt de draairichting van de ledematen tussen linksom en rechtsom. Die klep fungeert als wat bekend staat als een vergrendelende dubbelpolige schakelaar met dubbele worp - een schakelaar met twee ingangen en vier uitgangen, dus elke ingang heeft twee overeenkomstige uitgangen waarmee hij is verbonden. Dat mechanisme lijkt een beetje op het nemen van twee zenuwen en het verwisselen van hun verbindingen in de hersenen.

De onderzoekers willen het looppatroon van de robot verbeteren, zodat hij op natuurlijk terrein en oneffen oppervlakken kan lopen en over allerlei obstakels kan navigeren. Dit vereist een geavanceerder netwerk van sensoren en een complexer pneumatisch systeem. Het team zal ook kijken hoe de technologie kan worden gebruikt om robots te maken die gedeeltelijk worden bestuurd door pneumatische circuits voor sommige functies, zoals lopen, terwijl traditionele elektronische circuits hogere functies aankunnen.