查看原文
其他

Nature论文:无需固态电池,一条机器鱼靠“血液”续航36小时

The following article is from 量子位 Author 关注前沿科技

点击上方“蓝字” 一键订阅

本文经AI新媒体量子位(公众号 ID: QbitAI)授权转载,转载请联系出处。

鱼栗子 乾明 发自 凹非寺 
量子位 报道 | 公众号 QbitAI

机器人能拥有血液系统吗?

可以,而且还能像生物的血液系统一样,为机器的各个组件传递能量。

来,给你看条鱼。

这条机器鱼,不依靠固体电池,靠“血液”系统提供能量,一口气能游36小时。

实现这一壮举的,是来自康奈尔大学和宾夕法尼亚大学的研究人员。

他们的这一研究成果,不仅登上了最新一期的Nature,也成了Nature网站的焦点报道。

这一研究成果发表之后,Twitter上甚至有人爆发了赞叹的粗口:

那么,这到底是怎样的血液?

机器鱼的血

如果是生命体的话,脂肪就是很好的能源了。但机器人呢?

机器人可能不太用得上脂肪,不过血液是能模拟出来。就像人类的血液,可以为肌肉输送氧气和能量那样。

给机器鱼也造出一个血液系统,往各个部位的鱼鳍上传送能量就好了。

它的血液,不是普通的液压液,最大的差别就在于:不止能传递力,还能传递电能。

图上的红色就是“血液”,里面有三碘化物

流过腹部,流过尾巴,流过各种有鱼鳍的地方。这些位置都有,也都有电池组的结构,电池组里有锌。

血液经过电池组,碘离子会把锌氧化。这个过程中,电子流动起来,产生了一个电压。

电子会流过为泵供能的电子元件,泵一开始工作,鱼鳍便可以动起来了。

另外,虽然不是普通的液压液,机器鱼的血也依然有作为液压液的修养,完成力的传递。

比如,鱼要向前游,靠的是尾鳍:把血从尾巴的一侧泵到另一侧,再泵回去。如此往复,鱼便获得了向前的动力。负责转弯的胸鳍,也是同理。

鱼自在游走的时候,血液里的离子会不断消耗,所以依然会没电。

不过根据研究团队的测算,每次输血可以续航36小时

由于把液压传动和能量储存,集成到了同一个装置里,这条鱼的功率密度,达到了传统液压系统 (电池和液压装置分开) 的325%

如果没电了,只要再输一次血,鱼就可以恢复元气。

虽然,现在鱼游得还很慢,但研究人员对增加它的功率密度,还是十分有信心的。

现在,团队正在靠增加电池组阳极和阴极的表面积,来提升功率密度。

他们说,这又不像传统的硬体机器人,软体机器人的电池组可以塞到任何地方,只要让外形去适应新加的部件就可以了。

攻克储能难题

正如研究团队和一些网友评论的那样,研究最大的意义,为机器人的一个核心难题储能,提供了一个解决思路。

储能,是机器人实现自动化的“拦路虎”之一。通常情况下,机器人都使用固体电池,集中在一块特定的材料之中。

想要获得更强的能源动力?最直接的办法就是增加更多电池。但固体电池的增加,必然导致机器人重量失衡,从而需要对机器人重新设计,才能保持平衡与性能。

为了解决这个问题,已经有了不少研究。比如,柔性电池,不限于形状,能放到机器人的表面使用;还有结构电池,能同时作为机器的承重构件和储能元件。

现在,康奈尔大学使用携带电能的液压流体,将机器人的储能装置和动力传输介质合为一体,一方面有助于攻克这一难题,也为机器人研究开辟一个新的方向。

除此之外,这种“血液”循环模式的构造,也能够更好地将机器人的各个部分,如控制系统、感知系统、动力系统等紧密结合起来,使机器人成了一个有机的整体。

这样,更像一个有血有肉的生物了。

有一天,特斯拉会不会无需充电,直接输血就行了?

输血背后

这一研究的核心作者,来自康奈尔大学Organic Robots Laboratory。

实验室的负责人为Robert F. Shepherd,康奈尔大学助理教授,也是这一研究的通讯作者。

2010年,Shepherd博士毕业于伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校。研究方向为3D打印、软体机器人等,致力于让机器更高效、更逼真。

这一实验室成立以来,已经制造了不少软体机器人,截止2018年,发表了53篇研究成果,刊登在Science及子刊、Nature及子刊的就有十多篇。

第一作者是Cameron A. Aubin,本科毕业于杜克大学, 目前在康奈尔大学Organic Robots Laboratory攻读博士学位,研究方向为软体机器人、3D打印和医疗设备设计。

他们在论文中表示,关于这次研究的代码和数据,只要需求合理都可以发邮件找他们要。

论文传送门(里面有邮箱地址):
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1313-1

免责声明:部分资料来源于网络,转载的目的在于传递更多信息及分享,并不意味着赞同其观点或证实其真实性,也不构成其他建议。仅提供交流平台,不为其版权负责。如涉及侵权,请联系我们及时修改或删除。邮箱:info@polymer.cn

关注高分子科学技术  👉


长按二维码关注

诚邀投稿

欢迎专家学者提供稿件(论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等)至info@polymer.cn,并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送,并同时发布在中国聚合物网上。

欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求,陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群,也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群,全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。

申请入群,请先加审核微信号PolymerChina (或长按下方二维码),并请一定注明:高分子+姓名+单位+职称(或学位)+领域(或行业),否则不予受理,资格经过审核后入相关专业群。

这里“阅读原文”,查看更多


您可能也对以下帖子感兴趣

文章有问题?点此查看未经处理的缓存