​Мемристорный робот с мгновенной стабилизацией

Исследователи из Университета Южной Калифорнии (USC) использовали мемристоры для создания аналоговой схемы, которая стабилизирует двухколёсного робота эффективнее, чем цифровой контроллер.

Самобалансирующийся робот был создан в USC совместно с инженерами Исследовательской лаборатории ВВС в Роме (штат Нью-Йорк).

Его управляющая схема использует один из эффектов нервной системы — гистерезис, то есть зависимость реакции на раздражитель от силы предыдущих воздействий.

Мемристор, иногда называемый пизастором, это сравнительно новый пассивный элемент радиотехники.

Три других (резистор, конденсатор и катушка индуктивности) были известны давно, а вот история практического применения четвёртого только начинается.

Главная особенность мемристора в том, что его сопротивление зависит от протекавшего ранее заряда.

Более того, сопротивление мемристора можно задать, изменяя величину напряжения и длительность его воздействия.

После отключения питания заданное сопротивление сохраняется. Иными словами, это резистор с памятью.

Добавив мемристор в аналоговую схему с входами от гироскопа и акселерометра, исследователи создали полностью аналоговый фильтр Калмана, который применяется для удаления шумов из сигнала датчиков.

Он соединен со вторым мемристором, выполняющим функцию пропорционально-производного (PD) контроллера.

В ролике ниже вы видите сравнение двух роботов одинаковой конструкции. Нижний управляется цифровым контроллером и постоянно колеблется.

До стабилизации он отклоняется вперёд и назад несколько раз, поскольку корректирующие циклы генерируются с ощутимым запаздыванием — через 3034 микросекунды.

Робот в верхней части кадра управляется аналоговой схемой на основе мемристоров. Ему требуется всего 6 микросекунд на ту же самую коррекцию, из-за чего стабилизация происходит практически мгновенно.

Конечно, помимо аналоговой схемы в нём есть и цифровые компоненты, поэтому более корректно говорить, что победила не чисто мемристорная, а гибридная аналогово-цифровая платформа.

Видео: YouTube

Источник: IEEE Spectrum