Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Một máy tính cao su mới kết hợp cảm giác của bàn tay con người với quá trình suy nghĩ của máy tính điện tử, thay thế các thành phần cứng cuối cùng trong robot mềm. Giờ đây, robot mềm có thể di chuyển trong đó kim loại và thiết bị điện tử không thể như các khu vực thảm họa phóng xạ cao, ngoài vũ trụ và dưới nước sâu và vô hình với mắt thường hoặc thậm chí là phát hiện sóng âm.
Trong thập kỷ qua, robot mềm đã bước vào thế giới robot thống trị kim loại. Kẹp được làm từ vật liệu silicon cao su đã được sử dụng trong dây chuyền lắp ráp: Móng vuốt đệm xử lý các loại trái cây và rau quả tinh tế như cà chua, cần tây và xúc xích, hoặc chiết xuất chai và áo len từ thùng. Trong các phòng thí nghiệm, dụng cụ kẹp có thể nhặt cá trơn, chuột sống và thậm chí là côn trùng, loại bỏ nhu cầu tương tác của con người nhiều hơn.
Robot mềm đã yêu cầu hệ thống điều khiển đơn giản hơn so với các đối tác cứng của chúng. Các dụng cụ kẹp rất tuân thủ, đơn giản là chúng không thể tạo ra đủ áp lực để làm hỏng vật thể và không cần hiệu chỉnh áp suất, một công tắc bật tắt đơn giản đủ. Nhưng cho đến nay, hầu hết các robot mềm vẫn dựa vào một số phần cứng: Van kim loại mở và đóng các luồng không khí vận hành bộ kẹp và cánh tay bằng cao su, và một máy tính báo cho các van đó biết khi nào cần di chuyển.
Giờ đây, các nhà nghiên cứu đã chế tạo một máy tính mềm chỉ bằng cao su và không khí. “Chúng tôi đang mô phỏng quá trình suy nghĩ của một máy tính điện tử, chỉ sử dụng vật liệu mềm và tín hiệu khí nén, thay thế thiết bị điện tử bằng không khí điều áp”, Daniel J. Preston, tác giả đầu tiên trên một bài báo đăng trên Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia và một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ làm việc với George Whitesides, Giáo sư Đại học Woodford L. và Ann A. Flowers.
Để đưa ra quyết định, máy tính sử dụng cổng logic kỹ thuật số, mạch điện tử nhận tin nhắn (đầu vào) và xác định phản ứng (đầu ra) dựa trên lập trình của chúng. Mạch của chúng tôi không quá khác biệt: Khi bác sĩ đâm vào gân dưới xương bánh chè (đầu vào), hệ thống thần kinh được lập trình để giật chân (đầu ra).
Phần mềm máy tính của Preston bắt chước hệ thống này bằng cách sử dụng ống silicon và khí điều áp. Để đạt được các loại cổng logic tối thiểu cần thiết cho các hoạt động phức tạp trong trường hợp này, KHÔNG, VÀ và HOẶC, ông đã lập trình các van mềm để phản ứng với các áp suất không khí khác nhau. Đối với cổng logic KHÔNG, ví dụ, nếu đầu vào có áp suất cao, đầu ra sẽ có áp suất thấp. Với ba cổng logic này, Preston nói, “bạn có thể sao chép mọi hành vi được tìm thấy trên bất kỳ máy tính điện tử nào”.
Chẳng hạn, robot giống như cá bồng bềnh trong bể nước, sử dụng cảm biến áp suất môi trường (cổng KHÔNG được sửa đổi) để xác định hành động nào cần thực hiện. Robot lặn khi mạch cảm nhận được áp suất thấp ở đỉnh bể và bề mặt khi nó cảm nhận được áp suất cao ở độ sâu. Robot cũng có thể xuất hiện trên lệnh nếu có ai đó nhấn nút mềm bên ngoài.
Robot được chế tạo chỉ với các bộ phận mềm có một số lợi ích. Trong các thiết lập công nghiệp, giống như các nhà máy ô tô, các máy kim loại lớn hoạt động với tốc độ và sức mạnh mù. Nếu một người cản đường, một robot cứng có thể gây ra thiệt hại không thể khắc phục. Nhưng nếu một con robot mềm va vào người, Preston nói, “bạn sẽ không phải lo lắng về chấn thương hay thất bại thảm hại.” Họ chỉ có thể tác động rất nhiều lực.
Nhưng robot mềm không chỉ an toàn hơn: Chúng thường rẻ hơn và đơn giản hơn, trọng lượng nhẹ, khả năng chống hư hại và vật liệu ăn mòn và bền. Thêm trí thông minh và robot mềm có thể được sử dụng nhiều hơn là chỉ xử lý cà chua. Ví dụ, robot có thể cảm nhận được nhiệt độ của người dùng và bóp nhẹ để báo sốt, báo cho thợ lặn khi áp lực nước tăng quá cao hoặc đẩy qua các mảnh vỡ sau thảm họa tự nhiên để giúp tìm nạn nhân và cung cấp viện trợ.
Robot mềm cũng có thể mạo hiểm khi đấu tranh điện tử: Các trường bức xạ cao, giống như các trường được tạo ra sau sự cố hạt nhân hoặc ngoài vũ trụ, và bên trong các máy chụp cộng hưởng từ (MRI). Trước cơn bão hoặc lũ lụt, một robot mềm cứng có thể quản lý địa hình nguy hiểm và không khí độc hại. “Nếu nó bị điều khiển bởi một chiếc ô tô, nó sẽ tiếp tục chạy, đó là điều chúng ta không có với những con robot cứng”, Preston nói.
Preston và đồng nghiệp không phải là người đầu tiên điều khiển robot mà không có thiết bị điện tử. Các nhóm nghiên cứu khác đã thiết kế các mạch vi lỏng, có thể sử dụng chất lỏng và không khí để tạo ra các cổng logic không chọn lọc. Một bộ tạo dao động microfluidic đã giúp một con robot mềm hình con bạch tuộc vẫy cả tám cánh tay.
Tuy nhiên, các mạch logic vi lỏng thường dựa vào các vật liệu cứng như thủy tinh hoặc nhựa cứng và chúng sử dụng các kênh mỏng đến mức chỉ một lượng nhỏ không khí có thể di chuyển qua một lúc, làm chậm chuyển động của robot. So sánh, các kênh của Preston lớn hơn đường kính gần một milimet cho phép tốc độ dòng khí nhanh hơn nhiều. Tay cầm không khí của anh ta có thể nắm bắt một vật trong vài giây.
Mạch Microfluidic cũng ít hiệu quả năng lượng hơn. Ngay cả khi nghỉ ngơi, các thiết bị sử dụng một điện trở khí nén, luồng không khí từ khí quyển đến nguồn chân không hoặc áp suất để duy trì sự ngưng trệ. Mạch của Preston không yêu cầu năng lượng đầu vào khi không hoạt động. Bảo tồn năng lượng như vậy có thể rất quan trọng trong các tình huống khẩn cấp hoặc thảm họa khi robot di chuyển xa nguồn năng lượng đáng tin cậy.
Các robot cao su cũng cung cấp một khả năng hấp dẫn: Tàng hình. Tùy thuộc vào vật liệu mà Preston chọn, anh ta có thể thiết kế một robot phù hợp với chỉ số với một chất cụ thể. Vì vậy, nếu anh ta chọn một vật liệu ngụy trang trong nước, robot sẽ xuất hiện trong suốt khi chìm dưới nước. Trong tương lai, anh và các đồng nghiệp hy vọng sẽ tạo ra những robot tự trị vô hình bằng mắt thường hoặc thậm chí là phát hiện sonar. “Đó chỉ là vấn đề chọn vật liệu phù hợp”, ông nói.
Đối với Preston, vật liệu phù hợp là chất đàn hồi (hoặc cao su). Trong khi các lĩnh vực khác theo đuổi sức mạnh cao hơn với học máy và trí tuệ nhân tạo, nhóm Whitesides quay lưng lại với sự phức tạp gắn kết. “Có rất nhiều khả năng ở đó”, Preston nói, “nhưng cũng tốt để lùi lại một bước và suy nghĩ xem liệu có cách nào đơn giản hơn để làm những việc mang lại cho bạn kết quả tương tự hay không, đặc biệt là nếu nó không chỉ đơn giản hơn, thì nó còn đơn giản hơn cũng rẻ hơn. “
Nguồn tin tức:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Harvard . Bản gốc được viết bởi Caitlin McDermott-Murphy. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :