流动着“血液”的机器人

来源:煎蛋网发布时间:2019-06-30

生物的结构非常复杂,我们制造机器人时,大多只是尽我们所能来比照动物的功能,而不是结构细节。一个例外是液压机器人,

流动着“血液”的机器人

生物的结构非常复杂,我们制造机器人(甚至仿生机器人)时,大多只是尽我们所能来比照动物的功能,而不是结构细节。

一个例外是液压机器人,其原理类似蜘蛛:通过泵送加压流体来移动肢体。不过,它更像是一种副产品,而非实际的生物灵感,因为结构最简陋的蜘蛛也强过机器人,它们的血液除了被当做加压流体,还能完成血液其他所有的功能,如运输营养物和氧气。

根据上周发表在Nature上的一篇论文,来自康奈尔大学和宾夕法尼亚大学的研究人员制造了一种机器鱼,它使用人工循环系统泵送合成血液,为肌肉和分布式电源提供液压动力。他们研发的系统“将液压传动、驱动和储能的功能集成到一个设计里,从几何意义上提升了机器人的能量密度,延长了运行时间”。听起来很神奇,不是吗?

这种鱼缺少爆发力,但具有令人印象深刻的持久力,理论上最长开机时间超36小时,同时保持每分钟前进1.5倍体长的距离。关键在于血液,除了为软质执行器提供液压动力外,还可作为氧化还原液流电池的组成部分。血液相当于由液态三碘化合物充当的阴极,通过浸没在电解质中的锌细胞完成循环。当锌被氧化时,它释放电子,为机器鱼的微控制器和泵提供动力。动力系统的理论能量密度是每升322瓦时,数据接近特斯拉的锂离子电池。

机器鱼内部包含两个泵、带翅片致动器的模制硅树脂外壳、微控制器、以及柔性电极和包裹在柔软硅树脂皮中的阳离子交换膜的合成血管系统。

或许传统电池的能量密度更高,但如果想转化为动力,特斯拉必须在电机和电池之间艰难地搬运电荷。使用血液驱动液压执行器,机械的效率更高。鱼内部两个独立泵,每个泵能够将血液从各处储存器泵送到致动器中(反之也可)。将来自脊背的血液泵入胸鳍,令其像船桨一样外推,并将血液从尾巴的一侧泵送到另一侧并循环,产生推动力。

总的来说,这种鱼含有约0.2升的血液,分布在整个人造血管系统中;系统的核心设计基于基本的生物结构,类似心脏。鱼的其余部分由结构元素制成,有点像肌肉和软骨。

尽管如此,机器鱼和生物鱼,并没有太多相似之处,而且关于“血液”在机器人技术中的应用,起步已然晚了。

但重点在于,结合驱动、力传递和储能的设计,赋予了机器人显著的优势。研究人员表示,还有大量优化的余地,这将带来性能和效率方面的提升。

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