一個液體電池可以同時充當液壓油,幫助這個機器人游泳36小時。
生物是極其復雜的,當我們制造機器人(甚至是仿生機器人)時,我們大多只是盡最大努力去匹配動物的功能,而不是它們的結構細節。這方面的一個例外是液壓機器人,它的工作原理和蜘蛛一樣,通過泵送加壓液體來移動四肢。不過,這比實際的生物靈感更具副作用,因為蜘蛛仍然擊敗機器人,因為它們將血液用作液壓流體,并做血液所做的一切,比如在需要的地方輸送營養和氧氣。
在近日發表在Nature上的一篇論文中,康奈爾大學和賓夕法尼亞大學的研究人員提出了一種機器人魚,它使用人工循環系統中泵入的合成血液,為肌肉提供液壓動力,并提供分布式電源。這種液壓液組成的人工合成血管(人造循環)系統,可以通過機械傳動和電力驅動的方式為軟體機器人提供動力。在對該系統的測試中,一個軟體的機器獅子魚能夠逆流游動,拍動胸鰭。
這條魚具有令人印象深刻的耐力,最大理論操作時間超過36小時,同時以每分鐘1.5體長的速度游泳。關鍵在于魚的血液,它(除了為軟執行器提供液壓動力)是氧化還原流動電池的一半。血液是一種液態三碘化物陰極,它在浸在電解液中的鋅細胞中循環。當鋅氧化時,它釋放電子,為魚的微控制器和泵提供動力。這個動力系統的理論能量密度是每升322瓦時,或者說是每升676瓦時的一半,你可以在為特斯拉提供動力的鋰離子電池中找到。
美國康奈爾大學研究人員Robert Shepherd和他的同事認為,機器魚身體內部用于傳遞動力的液壓液,應該還具有儲存能量的潛力。研究團隊使用含有碘化鋅的液壓液,制成了一種人工合成血管系統,并將其嵌入仿生獅子魚體內。這種液體會在機器魚的周身循環,通過電化學反應驅動機器魚內部搭載的泵和其它電子器件。與此同時,液體的泵送還能向魚鰭傳遞機械能,從而幫助機器魚在游泳的時候保持平衡。
研究人員表示,這一技術成果將幫助提升未來機器人設計的能量儲存、效率和自主性。
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原文標題:人工血液可以驅動機器魚“游泳”
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