https://frosthead.com

Inženjeri su izgradili robotsku lavovu ribu energičnim krvotokom

Lav riba pliva prema struji, a rep joj se pomiče poput klatna. Ali ova riba nije poput svojih hladnokrvnih kolega. To je robot, a umjesto krvi koja teče kroz njegove vene, on cirkulira energetski gustu tekućinu koja napaja baterije i gura peraje. Robot, opisan danas u časopisu Nature, mogao bi biti prvi korak u rješavanju dvije velike prepreke u robotiziranju - snage i upravljanja - jednim rješenjem. A zahvaljujući energijskoj tekućini koja crpi kroz svoj pseudo-vaskularni sustav, ovaj robot možda će biti malo sličniji nama.

Roboti obično ne rade na isti način na koji žive stvari. Umjesto zamršene mreže višenamjenskih dijelova, roboti se obično sastoje od izoliranih komponenata koje svaka imaju jednu svrhu, objašnjava inženjer strojarstva Robert Shepherd sa Sveučilišta Cornell, glavni istraživač nove studije. Na primjer, oni mogu imati jedan sustav za adresiranje snage, a drugi za kontrolu kretanja, što nije uvijek učinkovito. Suprotno tome, ljudski krvožilni sustav je multifunkcionalan: on pumpa krv po cijelom tijelu i na taj način pomaže u reguliranju naše tjelesne temperature i prevozi stanice u borbi protiv infekcija.

U prirodi postoje primjeri krvožilnih sustava koji su čak učinkovitiji od našeg vlastitog. Zapravo, Shepherdova početna inspiracija za robo-lavuše nije zapravo bila velika plivačica. Umjesto toga, bila je fascinirana visoko letećim bogovom s repom, migratornom pticom koju naziva "super sportaš". Bogomit može letjeti tjedan dana bez zaustavljanja, ali prvo udvostručuje svoju težinu u masti kako bi se pripremio za let.

"To me zaista zaokupilo kako životinji možete dodavati energiju na višenamjenski način - i toplinsku izolaciju, i skladištenje energije, a zatim je distribuirate na učinkovit način", kaže Shepherd. "Ako to usporedite s našim baterijama [u robotima], one često ne obavljaju drugu funkciju osim pružanja energije i dodavanja težine."

Imajući to na umu, Shepherd se pitao postoji li način da baterije u robotima uspješno upravljaju i snagom i s upravljanjem. Mnogi roboti već pumpaju hidraulične tekućine, poput vode, kroz svoje sustave kako bi primijenili silu koja pokreće neke njihove dijelove. Ako bi mogli zamijeniti tipičnu hidrauličku tekućinu s onom koja pohranjuje energiju, mislio je da tada fluid može učiniti više nego samo olakšati mehaničko gibanje. Upotreba višenamjenske hidraulike također može dugoročno uštedjeti energiju, jer tradicionalni roboti s čvrstim baterijama često trebaju dodatne baterije za dugotrajni rad, što povećava težinu i smanjuje performanse.

Shepherd i njegov tim, koji su prijavili patent za svoj dizajn, koristili su cinkove jodid ponovno punjene baterije, koji u sebi imaju otopinu tekućeg elektrolita koja djeluje kao rezerva energije. Tekućina bogata energijom doprinosi kemijskim reakcijama koje pune bateriju, a ujedno djeluje i kao hidraulička tekućina koja cirkulira kroz lavove i pomiče peraje. Da bi se omogućilo kretanje, peraje su izrađene od fleksibilnih elektroda i meke silikonske kože. Pumpavanje hidraulične tekućine u jednu stranu repne peraje napuhuje kožu i uzrokuje savijanje rebra oko čvršćih središnjih dijelova prema drugoj strani. Obrtanje smjera tekućine savija peraju na drugi način, dopuštajući ribama da plivaju dok tekućina oscilira. Grudne peraje također pokreću tekućina i mogu navijati prema van, oponašajući pokrete peraja koje lavovi koriste za komunikaciju.

Smjestivši ribu lava u spremnik slane vode, tim je primijetio kako robot može uspješno plivati ​​protiv struje. U eksperimentima su pustili robota da pliva do dva sata, ali izračunali su da bi on teoretski mogao raditi čak 36 sati. Također su procijenili da su energetske performanse robota otprilike tri do četiri puta bolje od tradicionalnog dizajna koji koristi normalnu hidrauličku tekućinu poput vode.

Shepherd objašnjava da višenamjenska upotreba čvrstih baterija nije novost. Primjerice, baterije viljuškara djeluju kao izvor energije, a također pružaju težinu za stabiliziranje stroja tijekom dizanja teškog tereta. Ali raznolika upotreba tekućih baterija do sada nije istražena. „Sad kad je ideja tu, “ kaže Shepherd, „nadamo se da kad ljudi koriste hidrauliku mogu pitati:„ Mogu li hidrauličku tekućinu zamijeniti elektrolitičkom tekućinom - ima li to smisla trošak energije u odnosu na težinu za gušća tekućina u mom sustavu? '"

"Ideja o korištenju tečnosti kao baterije je zaista sjajna", kaže Robert Katzschmann iz ETH Zurich, robotičar koji je radio na drugim robotskim ribama, ali nije bio uključen u ovo istraživanje. No, Katzschmann drži zabrinutost zbog učinkovitosti baterije i naglašava da bi taj koncept mogao biti bolje predstavljen izvan vode, gdje izbjegavanje dodatne težine čvrstih baterijskih paketa postaje kritično bez pomoći uzgona.

"Teoretski je to sjajno jer možete napraviti robota koji nije pod vodom", kaže Katzschmann. "Ako želite napraviti hodajućeg robota, malo je teže. I nitko nije pokazao potpuno mekog robota koji može letjeti, pa ima smisla prikazati ga pod vodom kao ideju, ali ima ih još puno posla. "

Shepherd optimističan u pogledu poboljšanja baterije. Naglašava da je kemija njihovih baterija sigurno rukovati, ali "nije toliko gusta kao što bi mogla biti".

"Izazov je povećati gustoću energije, a istovremeno je siguran", kaže on. "Znamo kamo to može ići, ali moramo opreznije krenuti tamo." I poput Katzschmanna, ovaj posao predviđa doprinoseći budućim robotima na kopnu koji bi se mogli koristiti u misijama traženja i spašavanja. "Napravili smo rastezljivi sustav, tako da se oblik koji ste trenutno ograničeni mogao promijeniti", dodaje Shepherd. "Svakako, budućnost su hibridni sustavi, barem za zemaljske sustave ... gdje se meki dijelovi koriste za osjet i prekrivanje elektromehaničkih i fluidnih pokretača."

Iako se na području meke robotike može postići mnogo napretka, Pastirski lavovi sugeriraju da se, barem do sada, stvari brzo kreću.

Inženjeri su izgradili robotsku lavovu ribu energičnim krvotokom