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Squishy-Roboter haben jetzt Squishy-Computer, um sie zu steuern

2021

Roboter aus flexiblen Materialien haben ein enormes Potenzial und waren in den letzten Jahren Gegenstand zahlreicher Forschungs- und Entwicklungsarbeiten. Das Feld ist jedoch noch weit entfernt, und eine Hürde ist die Tatsache, dass Roboter normalerweise über Computer gesteuert werden - die in der Regel hart und unflexibel sind. Jetzt hat ein Forscherteam der Harvard University einen weichen Ersatz für diese harten elektronischen Komponenten in Form eines Gummicomputers entwickelt, der mit "digitaler Logik" arbeitet. Roboter, die diesen Computer als Teil ihres Designs haben, werden vollständig aus weichen Teilen hergestellt.

Soft Robotics hat "im letzten Jahrzehnt wirklich einen langen Weg zurückgelegt", sagt der Erstautor der Studie, Daniel Preston. "Was wirklich gefehlt hat, ist die Fähigkeit, Dinge mit einer völlig weichen Berechnung zu steuern", sagt er. Autonome Softroboter könnten einige der Vorteile von matschigen Mechanoiden nutzen - sie wären relativ einfach, langlebig und langlebig und würden aufgrund ihres weichen Griffs sicherer mit Menschen interagieren - viel weiter.

Es gibt bereits völlig weiche Roboter, und ihre Bewegung wird durch unter Druck stehende Flüssigkeit angetrieben, die sich in einem als Mikrofluidik bezeichneten Prozess durch winzige Kanäle bewegt. Aber diese Geräte sind im Allgemeinen klein, sagt Preston, und nicht in der Lage, den Luftstrom zu liefern, den die meisten Roboter benötigen, um sich zu bewegen und Dinge zu greifen. Geringe Luftströme verlangsamen auch die Berechnungen. "Wir haben unsere Geräte in einem etwas größeren Maßstab entworfen, sagt er. Höhere Luftströmungsraten mit ihrer Technik ermöglichen es dem weichen Roboter, Berechnungen in etwa einer Sekunde unter Verwendung von Druckluft durchzuführen, die durch Kanäle mit einem Durchmesser von etwa einem Millimeter (0, 03 Zoll) strömt.

Der Computer arbeitet nach den gleichen Prinzipien wie alle anderen: Eine Reihe von Toren, die sich öffnen und schließen und Informationen über Pfade übertragen. In diesem Fall besteht der Softcomputer aus einem Silikonschlauch und Druckluft. Die Luft, die sich durch die „Tore“ im Gummi bewegt, verhält sich genauso wie die Elektrizität, die sich durch die Computerchips in Ihrem Laptop oder Smartphone bewegt: Sie löst in jeder Phase des Gummis Eingaben und Ausgaben aus und diktiert so die Bewegungen des Bots.

"Es ermöglicht Geräten, die vollständig soft sind, mit ihrer Umgebung und mit menschlichen Benutzern zu interagieren, indem sie beispielsweise vollständig weiche Sensoren und auch vollständig weiche Tasten verwenden", erklärt Preston.

Der Roboter ist bei weitem nicht so ausgereift wie Ihr Smartphone, aber es kommt nur darauf an, wie viele Berechnungen er ausführen kann und wie schnell. Der Roboter kann ungefähr eine Berechnung pro Sekunde durchführen, sagt Preston, und sie hoffen, dass sie es mit der Zeit etwas beschleunigen. Zum Vergleich: Ihr Smartphone macht Milliarden von Berechnungen pro Sekunde. Aufgrund der Vorteile von Softrobotern und der Tatsache, dass sie am besten für relativ einfache Aufgaben geeignet sind, benötigen sie jedoch nicht die Rechenleistung, die Sie zum Ansehen von Videos und Überprüfen von Twitter benötigen.

Gegenwärtig haben die Roboter des Teams 10 bis 20 Logikgatter, und in zukünftigen Forschungen hoffen sie, Roboter mit bis zu 100 oder sogar 1000 zu konstruieren, sagt er. Jede dieser zusätzlichen Bewegungen würde den Mechanoiden raffinierter machen. Jedes Tor überträgt eine Nachricht in Form von Luft an das nächste und sagt, was zu tun ist. Je komplizierter das Netzwerk der Tore ist, desto mehr Aktionen kann der Roboter ausführen.

Ein All-Soft-Roboter kann effektiver mit Menschen interagieren, worüber Preston am meisten aufgeregt ist. Schließlich sind wir ziemlich weich, und harte Metall- oder Plastikroboter müssen sorgfältig kalibriert werden, um uns nicht zu verletzen. Weiche Roboter können einfach nicht genug Kraft aufbringen, um versehentlich Schaden zu verursachen, was sie ideal für chirurgische Eingriffe macht.

Im Moment "versucht das Gebiet der weichen Robotik, neue Fähigkeiten zu entwickeln oder zu erweitern", sagt Robert Shepherd, ein weicher Robotiker der Cornell University, der nicht an der aktuellen Studie beteiligt war. Er ahmt etwas nach, von dem wir viel wissen: Digitale Logik, die Grundlage für Smartphones und Computer. Dies ist eine logische Methode, um weiche Roboter zu entwickeln, die für sich selbst denken.

Laut Shepherd könnte die Innovation der Harvard-Forscher "großartige Anwendungen" haben. Weiche Roboter sind im Allgemeinen billiger herzustellen, sicherer in der Arbeit und benötigen weniger Berechnungen, um zu arbeiten als ihre hartschaligen Gegenstücke, was bedeutet, dass sie einfacher herzustellen, zu verarbeiten und zu verwenden sind. Wenn sie auch für sich selbst denken können, können sie nützlich sein, um beispielsweise zu suchen und zu retten, Tiere wie Mäuse in einer Laborumgebung aufzunehmen und zu sortieren und sogar in einer Produktionsumgebung zu arbeiten, in der ihre weichen Körper sie zu besseren Mitarbeitern machen fragile Menschen.

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