Воздушный робот имитирует ходьбу без электроники

Инженеры создали четырехногою мягкого робота, которому не нужна никакая электроника для работы. Роботу нужен только постоянный источник прессуризованного воздуха для всех его функций, включая системы управления и локомоции. Приложения включают роботов, способных работать в средах, где электроника не может функционировать, таких как МРТ-аппараты или шахты. Мягкие роботы особенно интересны, потому что они легко адаптируются к своей среде и безопасно работают рядом с людьми.

Большинство мягких роботов питанируются прессуризованным воздухом и контролируются электронными схемами. Но этот подход требует сложных компонентов вроде печатных плат, клапанов и насосов, часто снаружи тела робота. Эти компоненты, составляющие мозги и нервную систему робота, обычно громоздки и дороги. Напротив, новый робот контролируется легкой, дешевой системой пневматических схем, состоящей из трубок и мягких клапанов на борту самого робота. Робот может ходить по команде или в ответ на сигналы, которые он чувствует от среды.

Читайте Q&A с исследователем

Инженер UCSD Дилан Дротман рассказывает Tech Briefs, где этот тип робота может быть использован и как он потенциально может делать гораздо больше, чем просто ходить.

Вычислительная мощность робота примерно имитирует млекопитающие рефлексы, движимые нейронным откликом от спинного мозга, а не мозга. Команда вдохновлялась нейронными цепями, найденными у животных, называемыми центральными генераторами паттернов, состоящими из очень простых элементов, способных генерировать ритмические паттерны для управления движениями вроде ходьбы и бега. Для имитации функций генераторов команда построила систему клапанов, действующих как осцилляторы, контролирующие порядок, в котором прессуризованный воздух входит в пневматические мышцы в четырех конечностях робота. Исследователи построили компонент, координирующий походку робота задержкой впрыска воздуха в ноги робота. Походка робота вдохновлена черепахами с боковой шеей.

Робот также оснащен простыми механическими датчиками — маленькими мягкими пузырьками, наполненными жидкостью, помещенными на концах вылетов, выступающих из тела робота. Когда пузырьки депрессируются, жидкость переключает клапан в роботе, заставляя его развернуться. Робот оснащен тремя клапанами, действующими как инверторы, вызывающими распространение высокого давления вокруг пневматической схемы с задержкой на каждом инверторе.

У каждой из четырех ног робота три степени свободы, питанируемые тремя мышцами. Ноги наклонены вниз на 45 градусов и состоят из трех параллельных, соединенных пневматических цилиндрических камер с баллонами. Когда камера прессуризируется, конечность изгибается в противоположном направлении. В результате три камеры каждой конечности обеспечивают многокамерный изгиб, необходимый для ходьбы. Исследователи соединили камеры из каждой ноги диагонально через одну от другой, упрощая проблему управления.

Мягкий клапан переключает направление вращения конечностей между против часовой стрелки и по часовой стрелке. Этот клапан действует как так называемый защелкивающий двойной полюс, двойной бросок (latching double pole, double throw switch) — переключатель с двумя входами и четырьмя выходами, так что каждый вход имеет два соответствующих выхода, к которым он подключен. Этот механизм немного похож на взятие двух нервов и обмен их связями в мозге.

Исследователи хотят улучшить походку робота, чтобы он мог ходить по естественному рельефу и неровным поверхностям, позволяя ему навигировать через разнообразные препятствия. Это потребовало бы более сложной сети датчиков и более сложной пневматической системы. Команда также посмотрит, как технология может быть использована для создания роботов, частично контролируемых пневматическими схемами для некоторых функций, таких как ходьба, в то время как традиционные электронные схемы обрабатывают высшие функции.