مدارهای دیجیتال نرم جایگزین مدارهای الکترونیکی سخت در ربات ها

مدارهای لاستیکی به بالا و پایین رفتن منعطف و خم شدن ربات‌ها کمک‌ می‌کنند. گروهی از پژوهشگران دانشگاه هاروارد، مدارهای نرمی ساخته‌اند که تنها با هوا و لاستیک کار می‌کنند. پژوهشگران با هدف حذف اجزای سخت ربات‌های نرم به طراحی و تولید اجزای لاستیکی و نرم پرداختند. نتایج این پژوهش، در مجله‌ی مقالات آکادمی ملی علوم آمریکا (Proceedings of the National Academy of Sciences) به چاپ رسیده است. برای آشنایی با ربات‌های نرم و کاربردهای آن با مجله‌ی فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

مدارهای نرم و لاستیکی جایگزین مدارهای دیجیتال الکترونیکی

مدارهای دیجیتال هر بیت داده را با نمادهای ۰ و ۱ نشان می‌دهند. مدارهای نرم و لاستیکی، داده را با توجه به سطح‌های متفاوت فشار هوا در لوله‌های لاستیکی از جنس سیلیکون نمایش می‌دهند. برای نمونه فشارهوای برابر با ۱۵۰ میلی‌بار (bar) به عنوان نماد ۱ نشان داده می‌شود و فشارهوای صفر نماد ۰ را نشان می‌دهد.

مدارهای الکترونیکی از اجزای منطقی ساخته می‌شوند. اجزای منطقی شامل گیت‌های منطقی AND و OR و NOT هستند که اعمال منطقی را اجرا می‌کنند و اساس محاسبات دیجیتال هستند. مدارهای نرم و لاستیکی جدید از اجزای منطقی تقلید می‌کنند با این تفاوت که با استفاده از شیرهای لاستیکی (Valve) و با توجه به سطوح مختلف فشار هوا عمل می‌کنند. برای نمونه گیت NOT در مدارهای منطقی، سیگنال دریافتی را معکوس می‌کند. منطق NOT در مدارهای نرم و لاستیکی با دریافت فشار هوای بالا معادل سطح ۱، خروجی با فشار هوای پایین معادل سطح ۰ منطقی ایجاد می‌کند. گیت‌های منطقی AND و OR هرکدام به دو ورودی نیاز دارند. خروجی گیت منطقی OR، سطح ۱ است به جز هنگامی که هر دو ورودی آن ۰ باشند. خروجی گیت منطقی AND، تنها در هنگامی سطح ۱ است که هر دو ورودی آن ۱ باشند.

پژوهشگران برای طراحی مدارهای ساده، از ترکیبی از گیت‌های منطقی نرم استفاده می‌کنند. به عنوان مثال یک مدار حافظه می‌تواند سطح ۱ و ۰ را در خود حفظ کند تا بعدها به عنوان منبع فشار هوا خوانده شود. سیگنال‌های ساعت (Clock) با هدف هماهنگ‌سازی عملیات‌های منطقی در مدارهای الکترونیکی دیجیتال تعبیه می‌شوند. در مدارهای نرم، از نوسان‌سازهای پنوماتیک (pneumatic oscillator) نرم به عنوان سیگنال‌های ساعت و هماهنگ‌سازی عملیات استفاده می‌شود. این نوسان‌سازهای پنوماتیک بین دو سطح فشارهوای بالا و فشار هوای پایین نوسان می‌کنند.

پژوهشگران ربات‌هایی ساخته‌اند که با کمک مدارهای منطقی نرم هدایت می‌شوند. آنها رباتی نرم ساخته‌اند که با پنجه‌های نرم اشیا را بر می‌دارد. همچنین یک ربات شناور طراحی کرده‌اند که دارای حسگر فشار است. این ربات با اندازه‌گیری فشار آب اگر فشار بالای آب را حس کند یعنی در عمق پایین آب قرار دارد و به سطح آب می‌آید. از سوی دیگر اگر فشار پایین آب را حس کند یعنی در سطح قرار دارد و در آب غوطه‌ور می‌شود.

مدارهای منطقی نرم برای ربات‌های نرم

دانیل پرستون (Daniel Preston) مهندس مکانیک و دانشجوی پسادکترای دانشگاه هاروارد، نویسنده‌ی اصلی مقاله‌ی Digital logic for soft devices است. او بر این باور است مدارهای منطقی دیجیتال مبتنی بر اجزای پنوماتیکی نرم به ربات‌ها این امکان را می‌دهند بدون استفاده از مدارهای الکترونیکی سخت، عملیات موردنیاز منطقی را انجام دهند.

ربات‌های معمولی از اجزای سخت ساخته می‌شوند. این ربات‌ها در برابر ضربه، خراشیدن، خم شدن و افتادن آسیب‌پذیر هستند. در حالی‌که ربات‌های نرم در برابر بسیاری از آسیب‌ها مقاوم هستند. ربات‌های نرم از شکل بدن کرم‌ و هشت‌پا و ستاره‌های دریایی الهام گرفته شده‌اند. همچنین اجزای ربات‌های نرم ارزان‌تر و سبک‌تر و بی‌خطرتر هستند و ساده‌تر ساخته می‌شوند.

پژوهشگران راه‌های بسیاری برای حذف اجزای سخت ربات‌های نرم یافتند. برای نمونه به جای منبع سخت هوای فشرده از واکنش‌های شیمیایی تولید گاز بهره گرفتند. از شیرهای فلزی برای باز و بسته کردن کانال ورودی هوا استفاده می‌شود. مدارهای الکترونیکی سخت نیز زمان باز و بسته شدن شیرها را کنترل می‌کنند. در ربات نرم ساخته شده، مدارهای نرم منطقی جایگزین مدارهای الکترونیکی شدند.

از کاربردهای ربات نرم می‌توان توانبخشی و پزشکی را نام برد. ربات‌های نرم با کاهش آسیب و خستگی بیماران، می‌توانند جایگزین دستگاه‌های سخت و سنگین توانبخشی و پزشکی شوند. ربات‌های نرم می‌تواند به صورت مستقیم از سوی کاربر هدایت شود. همچنین ربات‌های نرم با تعبیه حسگرهای مناسب می‌توانند با توجه به تغییر شرایط محیطی یا کاربر کنترل شوند.


در همین زمینه بخوانیم:

>>بازدید بیل گیتس از آزمایشگاه رباتیک هاروارد : از لباس بیرونی نرم تا میکروربات پرنده
>>بشنوید: آینده ی ربات های نرم الهام گرفته از طبیعت با کاربرد پزشکی
>>این دستکش رباتیک میتواند عملکرد دست بیماران آسیب نخاعی را بازگرداند


منبع: spectrum.ieee , digitaltrends

«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی) مجاز است»

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *