Новая эра гардероба? Или логика жидкости в одежде.

Пневматическое логическое устройство на тканевой основе. Источник.

Логика жидкости в одежде… Как вам такое словосочетание? Интригует, не правда ли?

Несмотря на огромный потенциал текстиля как прочной и универсальной среды для создания роботов и приводов, суперсиле потенциальной «умной одежды» всё ещё не достаёт логических контроллеров, также основанных на текстиле. Это упущение препятствует появлению интеллектуальных, полностью тканевых роботизированных носимых устройств.

И вот теперь инженеры-механики из Инженерной школы Джорджа Р. Брауна (при Университете Райса), под руководством профессора Дэниеля Престона, заполняет этот пробел, разрабатывая что-то вроде текстильного компьютера, использующего пневматическую цифровую логику, встроенную память и интерфейс, позволяющий управлять вспомогательными устройствами на текстильной основе. Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Как вы, наверное, помните, было уже немало успешных попыток встроить компьютер в одежду, но этот случай куда более любопытен. Давайте ещё раз: перед нами снова попытка соорудить компьютер из одежды, но только работать он будет без участия электричества, на пневматике.

В условиях лаборатории «текучая цифровая логика» использует преимущества воздушных потоков по ряду «изогнутых» каналов, за счёт чего и формируются биты, единицы и нули компьютерной памяти. Идея состоит в том, чтобы такие логические клапаны на текстильной основе поддерживали пневматические приводы, возможно, в сочетании с разработанной в лаборатории Престона системой сбора энергии. Это помогло бы людям с функциональными ограничениями в их повседневных задачах.

Профессор говорит, что созданные в лаборатории логические тканевые образцы вполне подходят для существующих процессов массового производства одежды. Они получились достаточно прочными, чтобы выдерживать повседневное использование, которому подвергаются обычные элементы гардероба. Тесты показали, что эти новоявленные «процессоры» не только удобны, но и выдерживают без повреждений даже переезд грузовиком. 

«Идея использования жидкостей для построения цифровых логических схем не нова, – рассказывает учёный. – И на самом деле, в последнее десятилетие люди двигались к реализации логики жидкости в мягких материалах, таких как эластомеры. Но до сих пор никто не предпринял и шага, чтобы реализовать его в листовых материалах, что потребовало пересмотра всего подхода с первых принципов».

Команда решила проверить эту концепцию, создав свои текстильные пневматические логические устройства, обладающие зачатками цифровой логики и встроенной памятью. Лаборатория проверила разумность предположений на устройствах, которые помогают пользователям совершать физические движения, и на системе, позволяющей поднимать и опускать капюшон нажатием кнопки без использования электричества для терморегуляции.

«Мы думаем, что это можно реализовать множеством способов, чтобы помочь людям заниматься своими повседневными делами, – считает профессор Престон и делится прямо-таки захватывающими планами: – одной из следующих областей, которые мы изучаем, является определение намерения. Как только владелец начинает действовать, мы можем предложить помощь в оставшейся части этого действия».

Например, при распознавании намерения пользователя схватить объект, система поможет ему сжать руку вокруг этого объекта, чтобы его можно было поднять.

В центре концепции находится вентиль «НЕ». Это базовый компонент компьютерной схемы, также известный как инвертор, выход которого является обратным или противоположным входу. То есть если на вход этого логического элемента вы подаёте 1, то на выходе получите 0. Так это реализовано в обычной электронной схеме: ток либо проходит, либо нет (1 или 0 соответственно). Однако в случае с пневматическим вариантом оказалось затруднительно оперировать простым наличием или отсутствием давления воздуха в камере, поэтому кодировку сигнала составляют высокое и низкое давление.

«Мы думаем о логическом элементе как о самом фундаментальном уровне, содержащем как реле, так и гидравлический резистор, – поясняет Ануп Раджаппан, постдок Райс и ведущий автор статьи. – Это было бы эквивалентно наличию электронного реле или транзистора в паре с резистором, который является основой типичной логики транзистор-резистор».

Пневматическая система представляет собой камеру с клапанами, регулирующими давление. Эта регуляция достигается движением, схожим с тем, как вы сгибаете шланг, чтобы кратковременно прервать полив. Престон описывает концепцию как математически спроектированную геометрию изгиба.

Клапаны, размером около квадратного дюйма каждый, вшиты в текстиль и показали прочность, достаточную, чтобы выдержать 20 000 циклов включения-выключения и 1 миллион сгибаний. И 20 циклов в стиральной машине им тоже оказались нипочём.

Учёные отмечают, что достоинства разработки открывают перспективы создания уникальных, удобных и легкодоступных роботизированных носимых устройств для людей с ограниченными возможностями, коих насчитывается почти миллиард во всем мире. Конечно, эта технология может не всё, и говорить о помощи каждому 8 человеку было бы безответственно, однако стоит учесть, что и здоровые в целом люди получают травмы, растяжения и так далее. Так что выписать благодарность команде профессора авансом может уже, наверное, каждый.

АРМК, по материалам Pnas.org