ابتكر المهندسون في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو روبوتًا ناعمًا رباعي الأرجل لا يحتاج إلى أي إلكترونيات للعمل. يحتاج الروبوت فقط إلى مصدر ثابت للهواء المضغوط لجميع وظائفه، بما في ذلك أدوات التحكم وأنظمة الحركة.
 |
تتم عملية سير الربوت عن طريق سلسلة من الصمامات |
قال ديلان دروتمان، دكتوراه: "يمثل هذا العمل خطوة أساسية ومهمة نحو روبوتات مشي مستقلة تمامًا وخالية من الإلكترونيات". طالب في مجموعة بحث Tolley والمؤلف الأول للورقة.
تشمل التطبيقات الروبوتات منخفضة التكلفة للترفيه، مثل الألعاب، والروبوتات التي يمكن أن تعمل في بيئات لا تعمل فيها الإلكترونيات، مثل آلات التصوير بالرنين المغناطيسي أو مهاوي المناجم. تحظى الروبوتات اللينة باهتمام خاص لأنها تتكيف بسهولة مع بيئتها وتعمل بأمان بالقرب من البشر.
يتم تشغيل معظم الروبوتات اللينة بواسطة هواء مضغوط ويتم التحكم فيها بواسطة دوائر إلكترونية. لكن هذا النهج يتطلب مكونات معقدة مثل لوحات الدوائر والصمامات والمضخات - غالبًا ما تكون خارج جسم الروبوت. هذه المكونات، التي تشكل عقل الروبوت وجهازه العصبي، عادة ما تكون ضخمة ومكلفة. على النقيض من ذلك، يتم التحكم في روبوت جامعة كاليفورنيا في سان دييغو بواسطة نظام خفيف الوزن ومنخفض التكلفة من الدوائر الهوائية، المكونة من أنابيب وصمامات ناعمة، على متن الروبوت نفسه. يمكن للروبوت أن يمشي بناءً على الأمر أو استجابة للإشارات التي يستشعرها من البيئة.
قال توللي، كبير مؤلفي الدراسة: "من خلال نهجنا، يمكنك صنع دماغ آلي معقد للغاية". "كان تركيزنا هنا هو صنع أبسط جهاز عصبي يعمل بالطاقة الهوائية لازم للتحكم في المشي."
تحاكي القوة الحسابية للروبوت تقريبًا ردود أفعال الثدييات التي تحركها استجابة عصبية من العمود الفقري بدلاً من الدماغ. استلهم الفريق من الدوائر العصبية الموجودة في الحيوانات، والتي تسمى مولدات الأنماط المركزية، وهي مصنوعة من عناصر بسيطة للغاية يمكنها توليد أنماط إيقاعية للتحكم في الحركات مثل المشي والجري.
لتقليد وظائف المولد، بنى المهندسون نظامًا من الصمامات التي تعمل كمذبذبات، وتتحكم في الترتيب الذي يدخل فيه الهواء المضغوط إلى العضلات التي تعمل بالهواء في أطراف الروبوت الأربعة. قام الباحثون ببناء مكون مبتكر ينسق مشية الروبوت عن طريق تأخير حقن الهواء في أرجل الروبوت. كانت مشية الروبوت مستوحاة من السلاحف البحرية.
تم تجهيز الروبوت أيضًا بأجهزة استشعار ميكانيكية بسيطة - فقاعات صغيرة ناعمة مملوءة بسائل موضوعة في نهاية أذرع التطويل البارزة من جسم الروبوت. عندما تنخفض الفقاعات، يقلب السائل صمامًا في الروبوت مما يؤدي إلى عكس اتجاهه.
تعتمد ورقة Science Robotics على العمل السابق الذي قامت به مجموعات بحثية أخرى طورت مذبذبات وأجهزة استشعار تعتمد على الصمامات الهوائية، وتضيف المكونات الضرورية لتحقيق وظائف عالية المستوى مثل المشي.
كيف تعمل
تم تجهيز الروبوت بثلاثة صمامات تعمل كمحولات تتسبب في انتشار حالة الضغط العالي حول الدائرة التي تعمل بالهواء، مع تأخير عند كل عاكس.
تتمتع كل من أرجل الروبوت الأربع بثلاث درجات من الحرية مدعومة بثلاث عضلات. تميل الأرجل لأسفل بزاوية 45 درجة وتتكون من ثلاث غرف أسطوانية هوائية متوازية ومتصلة مع منفاخ. عندما يتم ضغط الغرفة، ينحني الطرف في الاتجاه المعاكس. نتيجة لذلك، توفر الغرف الثلاث لكل طرف ثنيًا متعدد المحاور مطلوبًا للمشي. قام الباحثون بإقران غرف من كل ساق قطريًا عن بعضها البعض، مما يبسط مشكلة التحكم.
يقوم الصمام الناعم بتبديل اتجاه دوران الأطراف بين عكس اتجاه عقارب الساعة واتجاه عقارب الساعة. يعمل هذا الصمام كما يُعرف بقطب الإغلاق المزدوج، ومفتاح الرمي المزدوج - وهو مفتاح بمدخلين وأربعة مخرجات، بحيث يكون لكل مدخل مخرجان متطابقان متصل بهما. هذه الآلية تشبه إلى حد ما أخذ عصبين وتبديل روابطهما في الدماغ.
الخطوات التالية
في المستقبل، يريد الباحثون تحسين مشية الروبوت حتى يتمكن من المشي على التضاريس الطبيعية والأسطح غير المستوية. سيسمح هذا للروبوت بالتنقل عبر مجموعة متنوعة من العوائق. سيتطلب ذلك شبكة أكثر تعقيدًا من أجهزة الاستشعار ونتيجة لذلك نظام هوائي أكثر تعقيدًا.
سينظر الفريق أيضًا في كيفية استخدام التكنولوجيا لإنشاء روبوتات، يتم التحكم فيها جزئيًا بواسطة دوائر هوائية لبعض الوظائف، مثل المشي، بينما تتعامل الدوائر الإلكترونية التقليدية مع وظائف أعلى.
يتم دعم هذا العمل من قبل مكتب البحوث البحرية، ومنح الأرقام N00014-17-1-2062 و N00014-18-1-2277.
إرسال تعليق
ضع تعليق. اطرح سؤال. اقترح موضوع