Lucht-aangedreven Robot Napootst Lopen Zonder Elektronica

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

Meeste zachte robots worden aangedreven door geperstificeerde lucht en worden bestuurd door elektronische circuits. Maar deze benadering vereist complexe componenten zoals printplaten, kleppen, en pompen, vaak buiten het lichaam van de robot. Deze componenten, die de hersenen en zenuwstelsel van de robot vormen, zijn doorgaans bulky en duur. In tegenstelling, wordt de nieuwe robot bestuurd door een lichtgewicht, laagprijs 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 die het uit de omgeving waarnemt.

Lees Een Q&A Met De Onderzoeker

UCSD ingenieur Dylan Drotman vertelt Tech Briefs waar dit type robot gebruikt kan worden, en hoe het potentieel veel meer kan doen dan alleen lopen.

De computationele kracht van de robot napootst zoogdierreflexen die gedreven worden door een neurale reactie van de ruggemerg in plaats van de hersenen. Het team was geïnspireerd door neurale circuits gevonden in dieren, centrale patroongeneratoren genoemd, gemaakt van zeer simpele elementen die ritmische patronen kunnen genereren om bewegingen zoals lopen en rennen te besturen. Om de generatoren te napootsen, bouwde het team een systeem van kleppen die fungeren als oscillatoren, die de volgorde controleren waarin geperstificeerde lucht in de lucht-aangedreven spieren in de vier ledematen van de robot binnenkomt. De onderzoekers bouwden een component die de gang van de robot coördineert door de injectie van lucht in de benen van de robot te vertragen. De gang van de robot was geïnspireerd op zijhals-schildpadden.

De robot is ook uitgerust met simpele mechanische sensoren — kleine zachte bellen gevuld met vloeistof geplaatst aan het uiteinde van uittendende boomen van het lichaam van de robot. Wanneer de bellen ingedrukt worden, kantelt de vloeistof een klep in de robot die ervoor zorgt dat hij de richting omkeert. De robot is uitgerust met drie kleppen die fungeren als inverters die een hoge-druk toestand laten verspreiden rond het lucht-aangedreven circuit, met een vertraging bij elke inverter.

Elk van de vier poten van de robot heeft drie vrijheidsgraden aangedreven door drie spieren. De poten zijn onder een hoek van 45 graden naar beneden gericht en samengesteld uit drie parallelle, verbonden pneumatische cilindrische kamers met bellows. Wanneer een kamer onder druk gezet wordt, buigt de ledemaat in de tegenovergestelde richting. Als resultaat bieden de drie kamers van elke ledemaat de multi-as buiging die nodig is voor lopen. De onderzoekers koppelden kamers van elke been diagonaal tegenover elkaar, wat het controleprobleem vereenvoudigt.

Een zachte klep schakelt de rotatierichting van de ledematen tussen tegen de klok in en met de klok mee. Die klep fungeert als wat bekend staat als een latching double pole, double throw switch — een schakelaar met twee ingangen en vier uitgangen, zodat elke ingang twee corresponderende uitgangen heeft waar het mee verbonden is. Dat mechanisme is een beetje als twee zenuwen nemen en hun verbindingen in de hersenen ruilen.

De onderzoekers willen de gang van de robot verbeteren zodat hij op natuurlijk terrein en oneffen oppervlakken kan lopen, waardoor hij over een verscheidenheid aan obstakels kan navigeren. Dit zou een meer geavanceerd netwerk van sensoren en een complexer pneumatisch systeem vereisen. Het team zal ook kijken naar hoe de technologie gebruikt kan worden om robots te maken die deels bestuurd worden door pneumatische circuits voor sommige functies zoals lopen, terwijl traditionele elektronische circuits hogere functies afhandelen.