Команда инженеров из Cornell’s Organic Robotics Lab создала робота-крылатку с мягким телом, питаемую электрической кровью, которая не только служит источником энергии, но и гидравлически действует для создания движителя. Этот био-вдохновленный подход решает одну из самых больших проблем для маленьких, неуправляемых роботов — массу против мощности.
Батареи добавляют значительный вес роботам, и этот вес влияет на дальность, маневренность, скорость и размер. Таким образом, если инженеры могут накапливать энергию в компоненте, который также служит вторичной цели, то это, как говорится, проблема вдвое меньше.
Разработанный соавтором исследования Джеймсом Пикулом, бывшим докторантом (ныне доцентом в Университете Пенсильвании), роботизированная крылатка длиной 40 см (16 дюймов) сделана из формованного кремния.
На борту находятся два гидравлических насоса, каждый из которых приводится в действие взаимосвязанными проточно-цинковыми батареями. Один насос перемещает хвост, перемещая жидкость от одной стороны хвоста к другой, в то время как другой насос перекачивает жидкость, хранящуюся в спинных плавниках, в соответствующие грудные плавники. Это не то, что вы бы назвали быстрой. В настоящее время он плавает со скоростью полторы длины тела в минуту, но это первые дни проекта.
Гидравлика в роботах с мягким телом не новая идея, но задача гидравлической жидкости — это дополнительная работа по снабжению энергией. Используя жидкость (раствор электролита, называемый кровью робота) в качестве электрической и механической энергии, масса робота в форме рыбы значительно уменьшается, увеличивая относительную полезную нагрузку энергии. Это означает, что робот может плавать в автономном режиме в течение 36 часов, прежде чем потребуется перезарядка.
«В природе мы видим, как долго организмы могут функционировать, выполняя сложные задачи», — говорит Роб Шепард, доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической техники. «Роботы не могут выполнять подобные действия очень долго. Наш био-вдохновленный подход может значительно увеличить плотность энергии системы, позволяя мягким роботам оставаться мобильными гораздо дольше».
Гибридная батарея / гидравлическая синтетическая сосудистая система моделировалась после окислительно-восстановительных батарей . Хотя эта форма батареи не особенно мощная по сравнению, скажем, с литий-ионными батареями, она имеет преимущество в том, что ее можно втиснуть практически в любое пространство или форму. Эта гибкость может быть особенно полезна при разработке роботов для конкретных задач или для навигации в неловких местах, поскольку традиционные батареи могут чрезмерно влиять на физические пропорции конструкции, ограничивая ее объем.
«Мы хотим собрать как можно больше компонентов в роботе и превратить их в энергетическую систему», — говорит Шепард. «Если у вас уже есть гидравлические жидкости в вашем роботе, вы можете использовать большие запасы энергии и дать роботам больше свободы для автономной работы».
Подобные разработки знаменуют собой еще один шаг к созданию более совершенных и эффективных автономных водных роботов. Потенциал для морской разведки, инспекции трубопроводов и подводных кабелей и т.п. огромен. Что касается гибких роботов с мягким телом, они могут играть важную роль в деликатных средах, таких как коралловые рифы, где развертывание робота с твердым телом может быть слишком рискованным.