ربات‌هایی که بدون برق کار می‌کنند

نورنیوز-گروه اجتماعی: محققان کالج کینگ لندن(KCL) نوعی مدار کوچک جدید را توسعه داده‌اند که از طریق تغییرات فشار مایع ارتباط برقرار می‌کند و از عملکرد بدن انسان الهام می‌گیرد.

این روش ربات‌ها را قادر می‌سازد تا وظایف را مستقل از سیستم‌های الکتریکی معمولی با انتقال یک مجموعه دستورات با استفاده از سیال درون مدار انجام دهند.

طبق بیانیه این تیم، این روش ابتدا امکان ابداع نسل جدیدی از ربات‌ها را فراهم می‌کند که بدنه‌های آنها می‌توانند مستقل از مرکز کنترل داخلی خود عمل کنند و این فضا به طور بالقوه به جای آن برای نرم‌افزارهای پیچیده‌تر مبتنی بر هوش مصنوعی استفاده می‌شود.

نوآوری دریچه نرم

ربات‌های نرم که به دلیل انعطاف‌پذیری و ایمنی بالا شناخته شده‌اند، در کاربردهای مختلف مانند دستگاه‌های پوشیدنی مفید شناخته شده‌اند. به طور معمول، این ربات‌ها توسط سیستم‌های سنتی با استفاده از دریچه‌های برقی، تنظیم کننده‌ها و پمپ‌ها کنترل می‌شوند که تحرک و کوچک‌سازی آنها را محدود می‌کند.

دانشمندان برای رفع این مشکل در حال بررسی طرح‌های جدیدی برای دریچه‌ها و پمپ‌های نرم هستند که می‌توانند در بدنه ربات‌ها ادغام شوند و کارایی آنها را بهبود بخشند و امکان استفاده از آنها در محیط‌های سخت را فراهم کنند.

این دریچه‌های نرم که جریان سیال را با خم کردن لوله‌ها کنترل می‌کنند، نیاز به بسیاری از ورودی‌های کنترل را کاهش می‌دهند.

برخی از طرح‌ها می‌توانند حالت‌های قبلی را به خاطر بسپارند یا فراموش کنند و برخی دیگر می‌توانند نوسان‌گرهایی ایجاد کنند که مانند ساعت کار می‌کنند و ربات‌ها را قادر می‌سازد تا کارهایی مانند شنا و کوهنوردی را انجام دهند. با این حال، روش‌های خاص هنوز به بسیاری از دریچه‌ها و شیرهای تنظیم فشار اضافی برای تنظیم دقیق عملیات خود نیاز دارند.

آنتونیو فورته(Antonio Forte) مدرس ارشد مهندسی در کالج کینگ لندن و نویسنده ارشد این مطالعه در بیانیه‌ای گفت: نرم‌افزار در سال‌های اخیر به سرعت پیشرفت کرده است، اما برای سخت‌افزار چنین نبوده است. ما با ایجاد یک سیستم سخت‌افزاری مستقل از نرم‌افزاری که آن را اجرا می‌کند، می‌توانیم مقدار زیادی از بار محاسباتی را روی سخت‌افزار تخلیه کنیم.

کنترل مبتنی بر فشار

ربات‌ها در حال حاضر برای کار کردن کاملاً به برق و تراشه‌های رایانه‌ای وابسته هستند. یک «مغز» رباتیک متشکل از الگوریتم‌ها و نرم‌افزارها دستورات را از طریق رمزگذارها به بدن ربات ترجمه می‌کند و سپس اقداماتی را انجام می‌دهد.

در رباتیک نرم، جایی که دستگاه‌هایی مانند ماهیچه‌های رباتیک از مواد انعطاف‌پذیر ساخته می‌شوند، این اتکا به قطعات الکترونیکی سخت، چالش‌هایی را ایجاد می‌کند. کارهای پیچیده مانند گرفتن دستگیره درب، فشار بیشتری بر نرم افزار وارد می‌کند، زیرا مواد نرم نیاز به رمزگذاری پیچیده دارند.

دانشمندان به منظور حل این مشکل، یک مدار برگشت‌پذیر ایجاد کردند که یک دریچه قابل تنظیم را در سخت‌افزار ربات قرار می‌دهد. این شیر از سیگنال‌های فشار که شبیه به کدهای دودویی هستند، دقیقاً مانند یک ترانزیستور در مدارهای معمولی برای کنترل حرکات استفاده می‌کند.

به همین دلیل ربات‌ها می‌توانند حرکات پیچیده‌ای را بدون استفاده از برق یا سیستم کنترل متمرکز انجام دهند. رویکرد مبتنی بر فشار در مقایسه با مدارهای مبتنی بر سیال فعلی، انعطاف‌پذیری و کنترل بیشتری را فراهم می‌کند.

این مدار جدید، کنترل را از نرم‌افزار به سخت‌افزار منتقل می‌کند، بار محاسباتی را کاهش می‌دهد و راه را برای سیستم‌های رباتیک قدرتمندتر و سازگارتر در آینده هموار می‌کند.

راه حل‌های فشار مقیاس‌پذیر

این طرح می‌تواند ربات‌ها را قادر ‌سازد در مکان‌هایی که الکتریسیته در دسترس و استفاده از آن عملی نیست، مانند مکان‌های مستعد تشعشع یا فضاهای حساس الکتریکی مانند اتاق‌های ام‌آرآی کار کنند. این ربات‌ها همچنین برای استفاده در مناطق محروم با دسترسی ضعیف به برق در نظر گرفته شده‌اند.

چالش‌های پیش‌بینی‌ شده در مقیاس‌بندی این مدار برای ربات‌های بزرگ‌تر شامل اتصال آنها به یک منبع فشار مداوم است. برای رفع این مشکل، مدارهای فشار باید با ورودی‌های کم‌فشار سازگار باشند.

مصطفی موسی محقق کارشناسی ارشد در کالج کینگ لندن و یکی از نویسندگان این مطالعه می‌گوید: این چیزی است که ما در حال حاضر روی آن کار می‌کنیم و گام‌های بزرگی در راستای این هدف برداشته‌ایم و انتظار داریم به زودی آن را عرضه کنیم.

این فناوری همچنین با غلبه بر محدودیت‌های فعلی در مهارت، پتانسیل افزایش رباتیک نرم را دارد. یک ربات واحد می‌تواند با پیکربندی مجدد عنصر اصلی خود، یعنی دریچه‌ای که فرکانس سیگنال را تغییر می‌دهد، بدون تغییر اجزای مدار، عملکرد متفاوتی داشته باشد.

هدف، گسترش این قابلیت است و ربات‌ها را قادر می‌سازد تا وظایف مختلفی را بدون تغییر محرک‌ها یا مدارها انجام دهند که این امر باعث صرفه‌جویی در وقت و انرژی ربات‌ها می‌شود.

به گزارش ایسنا، هدف فعلی این تیم این است که اختراع خود را برای استفاده‌های گسترده‌تر، ادغام این مدارها در سیستم‌های محرک با موتورهای نرم یا ربات‌هایی که بر نیروگاه‌ها نظارت می‌کنند، افزایش دهند.

جزئیات یافته‌های این تیم در مجله Advanced Science منتشر شده است.