Американские ученые создали чип с пневматической оперативной памятью, использующей воздух вместо электричества. На его основе авторы разработали мягкого пневматического робота, который смог играть на пианино целые мелодии. Открытие преодолевает одно из самых серьезных препятствий на пути развития мягкой робототехники — необходимость использовать для управления пневматическими механизмами электрические схемы. Статья опубликована в журнале PLOS ONE.
Пневматические мягкие роботы используют сжатый воздух для перемещения мягких и эластичных конечностей. Они превосходят традиционных роботов в выполнении тонких, требующих аккуратности задач. При этом они безопасны для человека. Однако существующие системы управления по-прежнему используют электронные схемы для поддержания положения движущихся частей. Эти компоненты значительно увеличивают стоимость, размер и мощность мягких роботов, что ограничивает их возможности.
Для решения этой проблемы ученые из Калифорнийского университета использовали принципы пневматической логики, которая в начале 1900-х годов применялась для управления различными устройствами — от термостатов до пианино. В пневматической логике через схемы протекает воздух, а не электричество, и его давление используется для обозначения включения/выключения, аналогичного двоичному коду обычных компьютеров. Пневматическая оперативная память могла бы полностью устранить из конструкции мягких роботов электрические элементы.
Исследователи создали микросхему пневматической оперативной памяти с использованием микрожидкостных клапанов вместо электронных транзисторов. Изначально они были созданы для управления потоком жидкости в микрожидкостных чипах, но также они могут управлять и потоком воздуха. Клапаны остаются закрытыми при перепадах давления даже при отключении от линии подачи воздуха. Таким образом, система функционирует как оперативная память, поддерживая состояние частей робота.
Ученые разработали 8-битный чип пневматической оперативной памяти и подключили к нему пару резиновых рук, напечатанных на 3D-принтере. Воздух атмосферного давления используется для представления значения «0», а вакуум для «1», а мягкие пальцы робота, соответственно, выдвигаются или сжимаются. Созданный авторами робот воспроизвел на пианино ноты, аккорды и даже целую песню.
Теоретически такую систему можно использовать для управления другими роботами без какого-либо электронного оборудования и только с аккумуляторным насосом для создания вакуума. При этом в системе будет лишь нормальное атмосферное давление, так что риск его случайного повышения полностью исключен. Таких безопасных роботов можно будет использовать, например, в носимых устройствах для младенцев с двигательными нарушениями.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
