气动计算机内存帮助软体机器人控制运动

加州大学河滨分校的工程师推出了一种气动计算机内存，可用于控制软机器人。这项创新克服了推进软机器人的最大障碍之一：气动和电子之间的根本不匹配。这项工作发表 在开放获取期刊 PLOS One 上。

气动软体机器人使用加压空气移动柔软的橡胶四肢和抓手，在执行精细任务方面优于传统的刚性机器人。它们对人类来说也更安全。2014 年迪士尼动画电影 Big Hero 6 中的医疗伴侣机器人 Baymax 是一个气动机器人，这是有充分理由的。

用于帮助软体机器人控制其运动的 8 位气动 RAM 芯片。图片来源：威廉格罗弗/UCR

但是现有的气动软机器人控制系统仍然使用电子阀门和计算机来保持机器人运动部件的位置。这些电子部件给软机器人增加了相当大的成本、尺寸和功率需求，限制了它们的可行性。

为了将软机器人技术推向未来，由生物工程博士生 Shane Hoang、他的导师、生物工程教授 William Grover、计算机科学教授 Philip Brisk和机械工程教授 Konstantinos Karydis 领导的团队回顾了过去。

“气动逻辑”早于电子计算机，曾经在各种产品中提供高级控制，从恒温器和气候控制系统的其他组件到 1900 年代初期的自动钢琴。在气动逻辑中，空气而不是电流流经电路或通道，气压用于表示开/关或真/假。在现代计算机中，这些逻辑状态在代码中由 1 和 0 表示，以触发或结束电荷。

气动软机器人需要一种方法来记住和保持其运动部件的位置。研究人员意识到，如果他们能够为软机器人创建气动逻辑“记忆”，他们就可以消除目前用于该目的的电子记忆。

研究人员使用微流体阀代替电子晶体管制造了他们的气动随机存取存储器或 RAM 芯片。微流控阀最初设计用于控制微流控芯片上的液体流动，但它们也可以控制空气的流动。即使与空气供应管线断开连接，阀门仍能保持密封以防止压差，从而产生可作为记忆并保持机器人执行器状态的压力差。这些阀门的密集阵列可以执行高级操作，并减少通常用于控制气动机器人的昂贵、笨重和耗电的电子硬件。

在修改微流体阀以处理更大的空气流速后，该团队生产了一个 8 位气动 RAM 芯片，能够控制更大、移动速度更快的软机器人，并将其集成到一对 3D 打印的橡胶手中。气动 RAM 使用常压空气表示“0”或 FALSE 值，真空表示“1”或 TRUE 值。当连接到大气压力时，柔软的机器人手指会伸展，当连接到真空时会收缩。

通过改变 RAM 芯片通道内的气压和真空组合，研究人员能够让机器人在钢琴上演奏音符、和弦，甚至是一首完整的歌曲——“玛丽有一只小羊羔”。(向下滚动查看视频。)

从理论上讲，该系统可用于操作其他机器人，无需任何电子硬件，只需使用电池供电的泵即可产生真空。研究人员指出，如果系统中的任何地方都没有正压——只有正常的大气压力——就不会有机器人或其控制系统意外超压和剧烈故障的风险。使用这项技术的机器人对于在人类身上或周围精细使用特别安全，例如用于有运动障碍的婴儿的可穿戴设备。

论文“用于控制软机器人的气动随机存取存储器”可 在此处获得。该研究得到了国家科学基金会的支持。

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