“腦袋”里只有空氣，就能彈奏出8小節(jié)的樂(lè)章。
這個(gè)軟體機(jī)器手彈鋼琴，核心居然全靠空氣驅(qū)動(dòng)。
最近，加州大學(xué)河濱分校的學(xué)者們開發(fā)出了一個(gè)氣動(dòng)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 （RAM），并成功用它操縱軟體機(jī)器人演奏了一首曲子。
用氣流閥取代電子晶體管，用氣動(dòng)邏輯取代計(jì)算機(jī)邏輯，研究人員成功讓這個(gè)機(jī)器人擺脫了傳統(tǒng)機(jī)電元件的控制系統(tǒng)。
連接其“手”、“腦”的也不再是電線，變成了透明的氣流管道。
它們一端連接著氣動(dòng)RAM，另一端連接著機(jī)器人的手指。
通過(guò)改變管道內(nèi)的氣壓，就能控制機(jī)器人手指按下琴鍵。
從單個(gè)音符、和弦到演奏一整首曲子，這個(gè)機(jī)器人都能分分鐘拿下。
而這都還只是氣動(dòng)RAM小試牛刀罷了。
據(jù)研究人員介紹，一個(gè)10位的氣動(dòng)RAM，就能實(shí)現(xiàn)900個(gè)獨(dú)立執(zhí)行器能完成的任務(wù)。
這有效解決了目前很多氣動(dòng)機(jī)器人依舊使用機(jī)電結(jié)構(gòu)的困境。
而且它的體積更小、重量更輕，能夠大幅降低氣動(dòng)軟體機(jī)器人的成本、尺寸和功率需求。
要知道，充氣軟體機(jī)器人的使用前景是非常廣闊的。
由于其柔軟性、安全性更高，在執(zhí)行精細(xì)任務(wù)上比傳統(tǒng)剛性機(jī)器人具備更大優(yōu)勢(shì)。
比如人畜無(wú)害的大白(●—●)，就是一個(gè)非常典型的充氣機(jī)器人。
這無(wú)疑打破了軟體機(jī)器人在使用場(chǎng)景上的許多局限性，目前該研究已在開放性期刊《PLOS One》上發(fā)表。
氣動(dòng)RAM操控更多通路
想要用氣體讓機(jī)器人彈奏出音樂(lè)，主要依靠?jī)蓚€(gè)部分：氣動(dòng)RAM和單片隔膜閥。
氣動(dòng)RAM其實(shí)是一個(gè)用微流控閥代替晶體管的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。
能夠?qū)崿F(xiàn)記憶、維持機(jī)器人執(zhí)行器狀態(tài)，主要靠的就是這個(gè)微流控閥，
它最初是被用在微流控芯片上控制液體流動(dòng)，這些閥門能夠在氣流供應(yīng)斷開時(shí)，仍舊保持壓力差存在。
而且這些閥門還可以組成復(fù)雜的密集陣列，來(lái)執(zhí)行很多高級(jí)操作。
比如在這個(gè)彈鋼琴的軟體機(jī)器人身上，研究人員制作了一個(gè)八位的非易失性RAM。
與傳統(tǒng)電路中單個(gè)通路控制單個(gè)執(zhí)行器不同，使用氣動(dòng)RAM可以用n個(gè)通路控制2的n-1次方個(gè)執(zhí)行器。
也就是說(shuō)，同樣4個(gè)通路的情況下，氣動(dòng)RAM可以控制8個(gè)機(jī)械手指的獨(dú)立性操作。
那么機(jī)械手指是如何彎曲并敲下琴鍵的呢？
這時(shí)就需要?dú)饬鞯菆?chǎng)了。
氣動(dòng)RAM所控制的單個(gè)通路上，都有一個(gè)隔膜閥。
它主要由輸入通道、輸出通道和控制通道組成，中間有一個(gè)可移動(dòng)的硅膜。
通過(guò)改變控制通道中的氣壓，讓硅膜移動(dòng)，從而控制氣閥中氣流的流動(dòng)。
當(dāng)控制通道為真空狀態(tài)時(shí)，硅膜就會(huì)被拉入控制通道，與此同時(shí)輸入-輸出通道打開，氣流通過(guò)。這就表示為信號(hào)“1”，機(jī)械手指此時(shí)會(huì)彎曲。
當(dāng)控制通道中有氣壓時(shí)，硅膜堵死整個(gè)通道，此時(shí)表示信號(hào)“0”，手指則為舒展?fàn)顟B(tài)。
考慮到傳統(tǒng)單片隔膜閥的氣流速度不夠高，大型或移動(dòng)速度快的機(jī)器人無(wú)法使用，研究人員還對(duì)此進(jìn)行了改進(jìn)。
他們使用了多個(gè)規(guī)格相同的輸入、輸出通道，一方面消除了產(chǎn)生意外通路的可能，另一方面提高了氣流通過(guò)速度。
通過(guò)改變不同通道內(nèi)的氣壓，研究人員可以機(jī)器人在鋼琴上演奏出音符、和弦，甚至是一整首歌曲。
值得一提的是，這個(gè)機(jī)器人的整套系統(tǒng)中，只有抽取真空的泵是用了電池的，其他部分沒(méi)有任何機(jī)電硬件，安全性很高。
而且一個(gè)10位的氣動(dòng)RAM就能包含2046個(gè)通路，每個(gè)閥門的面積僅為7平方毫米，這使得一個(gè)10位的氣動(dòng)RAM差不多只有一個(gè)智能手機(jī)屏幕那么大。
由于其安全、輕便的特性，將來(lái)可用于低齡殘障兒童的可穿戴設(shè)備上。
One More Thing
值得一提的是，今年2月加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員們也研發(fā)出了一款無(wú)電子元件、由氣體驅(qū)動(dòng)的軟體機(jī)器人，并登上《Science Robotics》的封面。
這個(gè)機(jī)器人的每條腿都由3條可伸縮的充氣橡皮管制造而成，四條腿呈X形相連，通過(guò)充氣或漏氣的設(shè)計(jì)就能走起路來(lái)。
與機(jī)電組件組成的機(jī)器人比起來(lái)，輕便不少。
它的核心其是一種由軟閥設(shè)計(jì)的環(huán)形振蕩器。
而今年6月，一個(gè)充氣挖掘機(jī)器人也登上《Science Robotics》封面。
看來(lái)，氣體軟體機(jī)器人真的是一個(gè)熱門研究領(lǐng)域??！
說(shuō)不定，有朝一日我們真的能看到現(xiàn)實(shí)版的“大白”呢~
