Лав плива против струје, реп се креће попут клатна у успореном кретању. Али ова риба није попут својих хладнокрвних колега. То је робот, и уместо да крв тече жилама, он циркулише течну енергију која напаја батерије и гура пераје. Робот, описан данас у часопису Натуре, можда је први корак у решавању две велике препреке у роботизирању - снаге и управљања - једним решењем. А захваљујући енергијској течности која пролази кроз његов псеудо-васкуларни систем, овај робот можда је мало више сличан нама.
Роботи обично не функционишу на исти начин као и живе ствари. Уместо замршене мреже вишенаменских делова, роботи имају тенденцију да буду израђени од изолованих компоненти које свака имају једну сврху, објашњава машински инжењер Роберт Схепхерд са Универзитета Цорнелл, главни истраживач нове студије. На пример, они могу имати један систем за обраду снаге и други за контролу кретања, што није увек ефикасно. Супротно томе, људски крвожилни систем је мултифункционалан: пумпа крв по нашим телима и на тај начин помаже у регулисању телесне температуре и превози ћелије у борби против инфекција.
У природи постоје примери крвожилних система који су чак и ефикаснији од нашег. Заправо, Схепхерд-ова почетна инспирација за робо-лавуше није заправо била велика пливачица. Уместо тога, била је фасцинирана високо летећим боговом с репом, мигрантском птицом коју назива "супер спортиста." Богомит може летети недељу дана без заустављања, али прво удвостручује своју тежину у масти како би се припремио за лет.
"То је заиста запело за мене то што животињи можете да додате енергију на мултифункционални начин - и топлотну изолацију и складиштење енергије, а затим је дистрибуирате на ефикасан начин", каже Схепхерд. „Ако то упоредите са нашим батеријама [у роботима], оне често не обављају другу функцију осим пружања енергије и додавања тежине.“
Имајући то у виду, Схепхерд се питао да ли постоји начин да батерије у роботима успешно управљају и напајањем и управљањем. Многи роботи већ пумпају хидрауличне течности, попут воде, кроз своје системе да би примењивали силу која помера неке од њихових делова. Ако могу да замене типичну хидрауличну течност ону која складишти енергију, мислио је да би та течност тада могла више него само да олакша механичко кретање. Употреба мултифункционалне хидраулике такође може дугорочно уштедјети енергију, јер традиционални роботи са чврстим батеријама често требају додатне батерије за дуготрајан рад, што повећава тежину и смањује перформансе.
Схепхерд и његов тим, који су пријавили патент за свој дизајн, користили су цинкове јодид редокс проточне батерије, који у себи имају раствор течног електролита који делује као резерва енергије. Течност богата енергијом доприноси хемијским реакцијама које напуне батерију, а истовремено делује и као хидраулична течност која циркулише кроз лавове и помера пераје. Да би се омогућило кретање, пераје су направљене од флексибилних електрода и меке силиконске коже. Пумпавање хидрауличне течности у једну страну репне пераје надува кожу и узрокује да се пера савија око чвршћих средишњих редова према другој страни. Обртање смјера течности савија перају на други начин, допуштајући рибама да пливају док текућина осцилира. Грудне пераје такође покрећу течност и могу да се пењу према ван, опонашајући покрете пераја које лавови користе за комуникацију.
Стављајући рибу лава у резервоар са сланом водом, тим је приметио да робот може успешно да плива против струје. У експериментима су пустили робота да плива до два сата, али израчунали су да би он теоретски могао да ради чак 36 сати. Такође су проценили да су енергетске перформансе робота отприлике три до четири пута боље од традиционалног дизајна који користи нормалну хидрауличну течност попут воде.
Схепхерд објашњава да мултифункционална употреба чврстих батерија није новост. На пример, батерије у виљушкари делују као извор енергије, истовремено пружајући тежину за стабилизацију машине током тешког подизања. Али разнолика употреба течних батерија до сада није истражена. „Сада када је идеја ту, “ каже Схепхерд, „надамо се да када људи користе хидраулику могу да питају:„ Могу ли да заменим хидраулични флуид са електролитичким течношћу - да ли то има смисла са трошковима енергије у односу на тежину за гушћа течност у мом систему? '"
„Идеја о коришћењу течности као батерије је заиста сјајна, “ каже Роберт Катзсцхманн из ЕТХ Зурицх, роботичар који је радио на другим роботским рибама, али није био укључен у ово истраживање. Међутим, Катзсцхманн држи забринутост за ефикасност батерије и наглашава да би концепт могао бити боље представљен ван воде, где избегавање додатне тежине чврстих батеријских пакета постаје критично без помоћи узгона.
"Теоретски је то одлично јер можете направити робота који није под водом", каже Катзсцхманн. „Ако желите да направите ходајућег робота, то је мало теже. И нико није показао потпуно меког робота који може да лети, тако да има смисла показати га под водом као идеју, али има још много посла за њих. "
Схепхерд је оптимистичан у погледу побољшања батерије. Он наглашава да је хемија њихових батерија сигурна за руковање, али "није толико густа као што би могла бити".
„Изазов је повећати густину енергије уз истовремено безбедност“, каже он. „Знамо куда то може ићи, али морамо пажљивије кренути тамо.“ И попут Катзсцхманна, овај посао предвиђа доприносећи будућим роботима на копну који би се евентуално могли користити у мисијама потраге и спашавања. „Направили смо растезљиви систем, тако да би облик који сте тренутно ограничени могао да се промени“, додаје Схепхерд. "Свакако, будућност су хибридни системи, бар за земаљске системе ... где се меки делови користе за сензор и прекривају електромеханички и флуидни актуатори."
Иако се на пољу меке роботике може постићи много напретка, Пастирски лавови сугерирају да се, бар за сада, ствари полако крећу.
