现在很多机器都是依靠固态电池来提供动力,那么这些机器可不可以像动物一样,通过“血液”来为自己传递能量呢?
一条“鱼”回答了这个问题。最近,一条靠“机械血液”驱动的鱼状机器人登上了Nature,它能够脱离固态电池在水里游上36 个小时。
这条身长约40 厘米的机器鱼实际上是一个软体机器人,外壳为白色塑料,内部装着电池组以及携带电能的“血液”——液压流体。
来自康奈尔大学和宾夕法尼亚大学的研究人员创造了这条白鱼,通过液压流体,这条机器鱼能够挥动鱼鳍缓慢游动。值得注意的是,机器人内的液压流体不止能传递力,还能传递电能。
液压流体流过腹部,流过尾巴,流过各种有鱼鳍的地方。这些位置都有泵,也都有电池组的结构,电池组里有锌。在流体经过电池组时,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。
而这种机器“血液“在提供电能的同时,也可以作为普通的液压液,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。
这条鱼意味着电池技术在形态上得到了突破,它通过将储能、驱动这两个功能都整合到液压流体中,从而增加机器人的能量密度,控制产品体积同时增加续航。
储能,一直是机器人实现自动化的主要难点之一。通常情况下,机器人都使用固体电池,将能量集中储存在特殊材料之中。如果想要获得更多的储备量,就需要增加更多电池。不过这也让机器人的体积更加臃肿。
为了解决这个问题,科研机构已经做了很多尝试。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。
而这条鱼的电池技术将为复杂环境下工作的工业机器人提供新的研究方向,尤其是柔性机器人的动力问题。当机器人的电力不足时,只需要“输血“即可继续工作。
随着对极端环境的探索以及特殊环境下的工作需要,人类对于机器人的需求日益增加。比如在危险复杂深海海域、核电站附近高放射性水域等地进行科考、清理时,能够灵活移动、长时间续航的水下工业机器人就能够大展身手。
在2011年日本福岛核电站因地震海啸出现核泄漏后,事故现场的勘测、清理工作就由各类特殊的机器人来执行。但是由于传输线等因素的限制,机器人在工作空间上有很多的不足。而柔性机器人以及机器“血液“的技术将改变这一现状。
目前的柔性机器人,大多数是使用固体电池作为动力来源,通过泵入空气等流体控制软体组织,在整体外观和电力系统的设计上依然处于相对原始的状态。而这条鱼的驱动方式却可以直接将动能与电能合二为一,再配以无线控制,将为人类再深海等环境下的探索提供很大帮助。
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