橡膠數(shù)字邏輯技術(shù)創(chuàng)建軟機(jī)器人

哈佛大學(xué)的研究人員建造了一個(gè)沒(méi)有剛性部件的軟機(jī)器人，因?yàn)樗麄儼l(fā)明了一個(gè)操作機(jī)器人的橡膠數(shù)字邏輯門(mén)。科學(xué)家已經(jīng)發(fā)明了軟機(jī)器人作為具有剛性部件的機(jī)器人的更安全和更敏捷的對(duì)應(yīng)物。然而，即使是由軟材料制成的機(jī)器人通常也包括一些硬電子部件以操作機(jī)器人并控制其功能。到目前為止，這要?dú)w功于哈佛大學(xué)的研究人員，他們發(fā)明了一種軟橡膠計(jì)算機(jī)，可以充當(dāng)不使用電力的機(jī)器人設(shè)備的數(shù)字邏輯。

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來(lái)自哈佛大學(xué)生物啟發(fā)工程學(xué)院Wyss研究所的一個(gè)團(tuán)隊(duì) - 處于機(jī)器人研究的最前沿 - 使用橡膠和空氣開(kāi)發(fā)了計(jì)算機(jī)，Daniel Preston說(shuō)道，他是一名博士后研究員，在Wyss教授George Whitesides的指導(dǎo)下工作，同時(shí)也是哈佛大學(xué)的教授?；瘜W(xué)與化學(xué)生物學(xué)系。

普雷斯頓解釋說(shuō)：“我們只使用軟材料和氣動(dòng)信號(hào)模擬電子計(jì)算機(jī)的思維過(guò)程，用壓縮空氣代替電子設(shè)備。”

計(jì)算機(jī)使用數(shù)字邏輯門(mén) - 電子電路接收消息(輸入)并根據(jù)其編程確定反應(yīng)(輸出)以做出決定。為了創(chuàng)建他們的橡膠數(shù)字邏輯門(mén)，研究人員考慮了人類生物學(xué)如何工作，特別是神經(jīng)系統(tǒng)的文字“下意識(shí)”反應(yīng)。

他說(shuō)，普雷斯頓的軟計(jì)算機(jī)使用硅膠管和加壓空氣來(lái)模仿這個(gè)系統(tǒng)。他實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜操作所需的最小類型的邏輯門(mén) - 即“不”，“和”，以及“或” - 通過(guò)對(duì)軟閥進(jìn)行編程以對(duì)不同的空氣壓力作出反應(yīng)。

例如，如果“非”邏輯門(mén)輸入是高壓，則輸出是低壓。普雷斯頓說(shuō)，使用這三個(gè)邏輯門(mén)，“你可以復(fù)制任何電子計(jì)算機(jī)上發(fā)現(xiàn)的任何行為。”

展示軟機(jī)器人

在過(guò)去的十年左右，軟機(jī)器人已經(jīng)走過(guò)了漫長(zhǎng)的道路，Wyss和其他研究人員展示了各種由有機(jī)硅材料制成的軟夾持機(jī)器人，這些機(jī)器人已經(jīng)在裝配線上使用。如果機(jī)器人由軟材料制成，它們可用于更精細(xì)的工業(yè)任務(wù) - 例如移動(dòng)水果和蔬菜或玻璃瓶，如果掉落可能會(huì)破裂。

它們?cè)诠I(yè)環(huán)境中也更安全，例如汽車工廠，如果他或她阻礙了大型機(jī)器人機(jī)器可能會(huì)嚴(yán)重傷害甚至殺死某人。最近，中國(guó)湖南的一家工廠發(fā)生了一起故事，其中一個(gè)機(jī)器人發(fā)生故障，并刺激了一名有10個(gè)金屬釘?shù)墓と恕?/p>

但是，如果一個(gè)柔軟的機(jī)器人碰到一個(gè)人，普雷斯頓說(shuō)，“你不必?fù)?dān)心受傷或?yàn)?zāi)難性的失敗”，因?yàn)樗麄儧](méi)有剛性部件，只能施加這么大的力量。

然而，到目前為止，大多數(shù)軟機(jī)器人依靠某種類型的硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能，例如打開(kāi)和關(guān)閉空氣通道以操作橡膠夾持器和臂的金屬閥，以及提供這些閥門(mén)命令的計(jì)算機(jī)。研究人員表示，由哈佛大學(xué)開(kāi)發(fā)的機(jī)器人與此不同。

本發(fā)明也不使用電子設(shè)備，而是用空氣氣動(dòng)系統(tǒng)代替它們。目前存在的軟機(jī)器人在沒(méi)有電子設(shè)備的情況下運(yùn)行，但通常它們?yōu)榇四康氖褂梦⒘黧w電路。然而，這些類型的邏輯電路具有一些限制，因?yàn)樗鼈兺ǔＪ褂弥T如玻璃或硬塑料之類的硬質(zhì)材料，并且設(shè)計(jì)成使得它們減慢機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。

相比之下，普雷斯頓團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的機(jī)器人可以更快地移動(dòng)，而不需要任何剛性部件。此外，沒(méi)有電子設(shè)備的軟機(jī)器人可以冒險(xiǎn)到使用電子設(shè)備的機(jī)器人會(huì)遇到困難的地方。這包括具有高輻射的位置 - 例如發(fā)生核故障的地方 - 在太空中，或在MRI機(jī)器內(nèi)。研究人員在PNAS期刊上發(fā)表了一篇關(guān)于他們工作的論文。

普雷斯頓說(shuō)，該團(tuán)隊(duì)的機(jī)器人還具有另一個(gè)獨(dú)特的特征，即它可以根據(jù)其用途和用于制造它的柔軟材料制成看不見(jiàn)的東西。例如，如果他選擇在水中偽裝的材料，機(jī)器人在浸沒(méi)時(shí)會(huì)顯得透明。

在未來(lái)，普雷斯頓和他的同事希望創(chuàng)造肉眼看不見(jiàn)的自動(dòng)機(jī)器人，甚至可以逃避聲納檢測(cè)。“這只是選擇正確材料的問(wèn)題，”他說(shuō)。