라이스 대학교의 다니엘 프레스턴(왼쪽)과 콜터 데커(사진: Brandon Martin/Rice University)

제어 시스템 만들기

Colter Decker는 연구의 주저자이자 라이스 학부생이다. 

Decker는 "이 시스템의 장점 중 하나는 계산을 기본 구성 요소까지 줄일 수 있다는 것이다."라고 말했다.

그는 또한 전자 제어 시스템이 수십 년 동안 개선되었으며 "전압과 전류 대신 압력과 유량에 대한 아날로그"로 컴퓨터 회로를 재창조함으로써 공압 계산을 통합하는 것이 더 쉽다고 말했다.

Decker는 플라스틱 빨대와 고무줄과 같은 일상적인 재료를 주로 사용하여 부드러운 로봇 제어 시스템을 만들었다. 실험에서 시스템은 현대 컴퓨팅에 중요한 부울 함수라고 하는 작업을 수행하도록 구성할 수 있는 공기 구동 논리 게이트를 시연했다.

“목표는 결코 전자 컴퓨터를 완전히 대체하는 것이 아니었다.”라고 Decker가 말했다.

대부분의 경우 소프트 로봇이나 웨어러블은 몇 가지 간단한 동작만 프로그래밍하면 된다. 새로운 기술의 경우 기존 전자 제어 장치보다 "훨씬 저렴하고 사용하기에 안전하며 훨씬 더 내구성이 있을 것"이 가능하다.

새로운 프로젝트는 여러 연구 그룹과 총 9명의 공동 저자 간의 협력이었다.

팀은 두 가지 구성 요소를 만들었다. 첫 번째는 공기 압력을 기계적 힘으로 변환하는 피스톤형 액추에이터이다. 그리고 두 번째는 스위치를 껐다가 켤 수 있는 밸브이다. 구성 요소는 플라스틱 빨대, 유연한 플라스틱 튜브, 고무 밴드, 양피지 및 열가소성 폴리우레탄 시트를 포함한 다양한 부품으로 구성되었다.

구성 요소를 단일 장치로 결합

두 구성 요소는 스위치처럼 작동하고 공기 압력을 입력 및 출력으로 사용하는 쌍안정 밸브인 단일 장치로 결합될 수 있다. 특정 양의 공기 압력으로 인해 스위치가 두 상태 사이에서 뒤집히고 밸브는 고무 밴드로 닫힌 상태로 유지되고 고무 밴드를 추가하거나 빼서 프로그래밍되었다. 이로 인해 활성화에 필요한 압력의 양이 변경되었다.

테스트를 통해 회로를 사용하여 부드러운 손 모양의 로봇, 공압 쿠션 및 미리 프로그래밍된 단계 수를 걸어 물건을 회수하는 신발 상자 크기의 로봇을 제어할 수 있음이 입증되었다.

Daniel Preston은 Rice의 기계 공학 조교수이자 이 연구의 공동 저자이다.

"이 작업의 가장 큰 성과는 동일한 시스템 아키텍처에 디지털 및 아날로그 제어를 통합한 것이다."라고 Preston은 말했다.

두 가지 모두를 사용하여 공압 제어 회로는 기존 컴퓨터에서 생각하는 "1과 0"을 사용하여 디지털 방식으로 프로그래밍할 수 있다. 그러나 우리는 아날로그 기능, 즉 연속적인 기능을 가져올 수도 있다.” 그는 첨언한다. "이를 통해 우리는 전체 시스템 아키텍처를 실제로 단순화하고 이전 작업에서는 액세스할 수 없었던 새로운 기능을 얻을 수 있다."