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標題:    機器“血液”登上Nature:一條假魚靠它續航36小時,無需固態電池     點閱:196   6/20/2019 3:23:11 PM

機器“血液”登上Nature:一條假魚靠它續航36小時,無需固態電池

魚栗子 乾明 發自 凹非寺

量子位 報道 | 公眾號 QbitAI

機器人能擁有血液系統嗎?

可以,而且還能像生物的血液系統一樣,為機器的各個組件傳遞能量。

來,給你看條魚。

機器“血液”登上Nature:一條假魚靠它續航36小時,無需固態電池

這條機器魚,不依靠固體電池,靠“血液”系統提供能量,一口氣能游36小時。

實現這一壯舉的,是來自康奈爾大學和賓夕法尼亞大學的研究人員。

他們的這一研究成果,不僅登上了最新一期的Nature,也成了Nature網站的焦點報道。

機器“血液”登上Nature:一條假魚靠它續航36小時,無需固態電池

這一研究成果發表之后,Twitter上甚至有人爆發了贊嘆的粗口:

機器“血液”登上Nature:一條假魚靠它續航36小時,無需固態電池

那么,這到底是怎樣的血液?

機器魚的血

如果是生命體的話,脂肪就是很好的能源了。但機器人呢?

機器人可能不太用得上脂肪,不過血液是能模擬出來。就像人類的血液,可以為肌肉輸送氧氣和能量那樣。

給機器魚也造出一個血液系統,往各個部位的魚鰭上傳送能量就好了。

它的血液,不是普通的液壓液,最大的差別就在于:不止能傳遞力,還能傳遞電能。

機器“血液”登上Nature:一條假魚靠它續航36小時,無需固態電池

圖上的紅色就是“血液”,里面有三碘化物

流過腹部,流過尾巴,流過各種有魚鰭的地方。這些位置都有,也都有電池組的結構,電池組里有鋅。

血液經過電池組,碘離子會把鋅氧化。這個過程中,電子流動起來,產生了一個電壓。

電子會流過為泵供能的電子元件,泵一開始工作,魚鰭便可以動起來了。

另外,雖然不是普通的液壓液,機器魚的血也依然有作為液壓液的修養,完成力的傳遞。

比如,魚要向前游,靠的是尾鰭:把血從尾巴的一側泵到另一側,再泵回去。如此往復,魚便獲得了向前的動力。負責轉彎的胸鰭,也是同理。

機器“血液”登上Nature:一條假魚靠它續航36小時,無需固態電池

魚自在游走的時候,血液里的離子會不斷消耗,所以依然會沒電。

不過根據研究團隊的測算,每次輸血可以續航36小時

由于把液壓傳動和能量儲存,集成到了同一個裝置里,這條魚的功率密度,達到了傳統液壓系統 (電池和液壓裝置分開) 的325%

如果沒電了,只要再輸一次血,魚就可以恢復元氣。

機器“血液”登上Nature:一條假魚靠它續航36小時,無需固態電池

雖然,現在魚游得還很慢,但研究人員對增加它的功率密度,還是十分有信心的。

現在,團隊正在靠增加電池組陽極和陰極的表面積,來提升功率密度。

他們說,這又不像傳統的硬體機器人,軟體機器人的電池組可以塞到任何地方,只要讓外形去適應新加的部件就可以了。

攻克儲能難題

正如研究團隊和一些網友評論的那樣,研究最大的意義,為機器人的一個核心難題儲能,提供了一個解決思路。

儲能,是機器人實現自動化的“攔路虎”之一。通常情況下,機器人都使用固體電池,集中在一塊特定的材料之中。

想要獲得更強的能源動力?最直接的辦法就是增加更多電池。但固體電池的增加,必然導致機器人重量失衡,從而需要對機器人重新設計,才能保持平衡與性能。

為了解決這個問題,已經有了不少研究。比如,柔性電池,不限于形狀,能放到機器人的表面使用;還有結構電池,能同時作為機器的承重構件和儲能元件。

現在,康奈爾大學使用攜帶電能的液壓流體,將機器人的儲能裝置和動力傳輸介質合為一體,一方面有助于攻克這一難題,也為機器人研究開辟一個新的方向。

機器“血液”登上Nature:一條假魚靠它續航36小時,無需固態電池

除此之外,這種“血液”循環模式的構造,也能夠更好地將機器人的各個部分,如控制系統、感知系統、動力系統等緊密結合起來,使機器人成了一個有機的整體。

這樣,更像一個有血有肉的生物了。

有一天,特斯拉會不會無需充電,直接輸血就行了?

輸血背后

機器“血液”登上Nature:一條假魚靠它續航36小時,無需固態電池

這一研究的核心作者,來自康奈爾大學Organic Robots Laboratory。

實驗室的負責人為Robert F. Shepherd,康奈爾大學助理教授,也是這一研究的通訊作者。

2010年,Shepherd博士畢業于伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校。研究方向為3D打印、軟體機器人等,致力于讓機器更高效、更逼真。

這一實驗室成立以來,已經制造了不少軟體機器人,截止2018年,發表了53篇研究成果,刊登在Science及子刊、Nature及子刊的就有十多篇。

機器“血液”登上Nature:一條假魚靠它續航36小時,無需固態電池

第一作者是Cameron A. Aubin,本科畢業于杜克大學, 目前在康奈爾大學Organic Robots Laboratory攻讀博士學位,研究方向為軟體機器人、3D打印和醫療設備設計。

他們在論文中表示,關于這次研究的代碼和數據,只要需求合理都可以發郵件找他們要。

論文傳送門(里面有郵箱地址):

https://www.9900news.com/images/vimg/timg5/201906201523119.jpg

— 完 —

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