Лъвска риба плува срещу течението, а опашката му се движи като махало при бавно движение. Но тази риба не е като студенокръвните си колеги. Това е робот и вместо кръв, преминаваща през вените му, циркулира енергично гъста течност, която захранва батериите си и натиска перките си. Роботът, описан днес в списанието Nature, може да бъде първата стъпка за справяне с две големи препятствия в робототехниката - мощност и контрол - с едно решение. И благодарение на енергийната течност, изпомпваща се през нейната псевдосъдова система, този робот може би е малко повече като нас.
Роботите обикновено не работят по същия начин, по който живеят живите неща. Вместо сложна мрежа от мултифункционални части, роботите са склонни да бъдат изградени от изолирани компоненти, всеки от които обслужва една единствена цел, обяснява механичният инженер Робърт Шепърд от университета Корнел, главен изследовател на новото проучване. Например, те могат да имат една система за адресиране на захранването и друга за контрол на движението, която не винаги е ефективна. За разлика от тях, човешката кръвоносна система е многофункционална: тя изпомпва кръв в нашите тела и по този начин помага и за регулиране на телесната ни температура и транспортиране на клетки за борба с инфекциите.
Има примери за кръвоносни системи в природата, които са дори по-ефективни от нашата собствена. Всъщност първоначалното вдъхновение на Шепърд за робо-лъвската рибка всъщност не беше много плувец. По-скоро той беше очарован от високо летящия бодит на опашката, мигрираща птица, която той нарича „супер спортист.“ Един богин може да лети за седмица без да спира, но първо удвоява теглото си в мазнини, за да се подготви за полета.
„Това наистина ме залепи, че можете да добавите енергия на животно по многофункционален начин - както топлоизолация, така и съхраняване на енергия, а след това да го разпределите по ефективен начин“, казва Шепърд. „Ако сравните това с нашите батерии [при роботи], те често не изпълняват друга функция освен да осигуряват енергия и да добавят тегло.“
Имайки това предвид, Шепърд се чудеше дали има начин да се накара батериите в роботи да управляват успешно както мощността, така и контрола. Множество роботи вече изпомпват хидравлични течности, като вода, чрез своите системи, за да прилагат сила, която движи някои от техните части. Ако успеят да заменят типична хидравлична течност с такава, която съхранява енергия, той смята, че течността може да направи повече от просто да улесни механичното движение. Използването на многофункционална хидравлика също би могло да спести енергия в дългосрочен план, тъй като традиционните роботи с твърди батерии често се нуждаят от допълнителни батерии за дългосрочна работа, които добавят допълнително тегло и намаляват производителността.
Шепърд и неговият екип, които са подали заявление за патент на своя дизайн, използваха това, което се нарича цинков йодид редокс поток батерии, които имат разтвор на течен електролит в тях, който действа като енергиен резерв. Течността, богата на енергия, допринася за химичните реакции, които зареждат акумулатора, като същевременно работи като хидравлична течност, която циркулира през лъвската рибка и движи перките си. За да позволят движение, перките са изработени от гъвкави електроди и мека силиконова кожа. Изпомпването на хидравлична течност в едната страна на опашната перка надува кожата и кара перката да се огъва около по-твърдите централни участъци към другата страна. Обръщането на посоката на течността огъва перката по друг начин, което позволява на рибата да плува, докато флуидът се колебае. Грудните перки също се задвижват от течността и могат да се движат навън, имитирайки движенията на перките, които лъвчетата използват за комуникация.
Поставяйки рибата лъв в резервоар за солена вода, екипът наблюдава, че роботът може успешно да плува срещу ток. При експерименти те оставиха робота да плува до два часа, но изчислиха, че теоретично той може да работи до 36 часа. Те също оцениха, че енергийните характеристики на робота са около три до четири пъти по-добри от традиционния дизайн, използващ нормална хидравлична течност като вода.
Шепърд обяснява, че многофункционалната употреба на твърди батерии не е нова. Например, батериите в мотокара действат като източник на енергия, като същевременно осигуряват тегло за стабилизиране на машината по време на тежко повдигане. Но разнообразната употреба на течни батерии не е изследвана досега. „Сега, когато идеята е налице“, казва Шепърд, „Надяваме се, че когато хората използват хидравлика, те могат да попитат:„ Мога ли да заменя хидравличната течност с електролитична течност - има ли това смисъл от разходите за енергия спрямо теглото за по-гъста течност в системата ми? "
„Идеята за използване на течността като батерия е наистина страхотна“, казва Робърт Кацшман от ETH Цюрих, роботолог, който е работил върху други роботизирани риби, но не е участвал в това изследване. Въпреки това, Katzschmann поддържа опасенията относно ефективността на батерията и подчертава, че концепцията може да бъде по-добре показана извън водата, където избягването на допълнителното тегло на твърди батерии става критично без помощта на плаваемост.
„На теория е чудесно, защото бихте могли да направите робот, който не е под вода“, казва Кацшман. „Ако искате да направите ходещ робот, е малко по-трудно. И никой не е показал напълно мек робот, който може да лети, така че има смисъл да се покаже под водата като идея, но има още много работа за тях. “
Shepherd е оптимист за подобряването на батерията. Той подчертава, че химията на тяхната батерия е безопасна за работа, но „не е толкова гъста, колкото би могла да бъде“.
„Предизвикателството е увеличаването на енергийната плътност, като същевременно е безопасно“, казва той. „Знаем къде може да отиде, но трябва да отидем там по-предпазливо.“ И подобно на Кацшман, той предвижда тази работа да допринася за бъдещи роботи на сушата, които евентуално могат да бъдат използвани в мисии за търсене и спасяване. „Направихме разтеглива система, така че формата, до която в момента сте ограничени, да може да се промени“, добавя Шепърд. „Със сигурност бъдещето са хибридните системи, поне за наземните системи… където меките части се използват за засичане и наслагване върху електромеханични и флуидни задвижващи механизми.“
Въпреки че има много напредък в областта на меката роботика, овчарска лъвска риба предполага, че поне засега нещата се движат плувно.
