3D-Printed Hydraulic Fluidic Logic Circuitry for Soft Robots

要約

電気回路に類似した流体論理回路は、最先端の積層造形プロセスを使用したその最高の適応性、器用さ、シームレスな互換性により、ソフトロボットに機械知能を提供する可能性があります。
しかし、従来のマイクロ流体チャネルベースの回路は駆動力が限られているのに対し、巨視的な空気圧ロジックはタイムリーな応答性と望ましい精度に欠けています。
生物医学用途の制御および作動を目的とした、高耐久で応答性の高い統合された流体ソフト ロボット回路の製造は、油圧方式ではまだ実現されていません。
ここでは、3D プリントされた油圧流体半加算器システムを紹介します。このシステムは、AND、OR、NOT ゲートという 3 つの基本的な油圧流体ロジックのビルディング ブロックで構成されています。
さらに、油圧ソフトロボット半加算器システムは、電気発振器構造に基づいた XOR 演算と修正デュアル NOT ゲート システムを使用して実装されています。
この半加算器システムは、現代のコンピューターの算術論理演算装置の重要なコンポーネントとして 2 進演算機能を備えています。
わずかな修正を加えれば、2 つの流体入力の状態を変更するだけで、3 自由度のソフトアクチュエーション機構の 3 つの異なる変形方向の制御を実現できます。
この油圧流体システムは、少数の入力を利用して複数の異なる出力を制御し、外部入力のみに基づいて回路の内部状態を変更することができ、マイクロ流体工学、流体論理、およびアンテザードソフトロボットの複雑な内部システムの開発に大きな期待を抱いています。
機械知能を備えています。

要約(オリジナル)

Fluidic logic circuitry analogous to its electric counterpart could potentially provide soft robots with machine intelligence due to its supreme adaptability, dexterity, and seamless compatibility using state-of-the-art additive manufacturing processes. However, conventional microfluidic channel based circuitry suffers from limited driving force, while macroscopic pneumatic logic lacks timely responsivity and desirable accuracy. Producing heavy duty, highly responsive and integrated fluidic soft robotic circuitry for control and actuation purposes for biomedical applications has yet to be accomplished in a hydraulic manner. Here, we present a 3D printed hydraulic fluidic half-adder system, composing of three basic hydraulic fluidic logic building blocks: AND, OR, and NOT gates. Furthermore, a hydraulic soft robotic half-adder system is implemented using an XOR operation and modified dual NOT gate system based on an electrical oscillator structure. This half-adder system possesses binary arithmetic capability as a key component of arithmetic logic unit in modern computers. With slight modifications, it can realize the control over three different directions of deformation of a three degree-of-freedom soft actuation mechanism solely by changing the states of the two fluidic inputs. This hydraulic fluidic system utilizing a small number of inputs to control multiple distinct outputs, can alter the internal state of the circuit solely based on external inputs, holding significant promises for the development of microfluidics, fluidic logic, and intricate internal systems of untethered soft robots with machine intelligence.

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