人工血液可以驱动机器鱼“游泳”

IEEE电气电子工程师学会 2019-07-16 21:00

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一个液体电池可以同时充当液压油,帮助这个机器人游泳36小时。


生物是极其复杂的,当我们制造机器人(甚至是仿生机器人)时,我们大多只是尽最大努力去匹配动物的功能,而不是它们的结构细节。这方面的一个例外是液压机器人,它的工作原理和蜘蛛一样,通过泵送加压液体来移动四肢。不过,这比实际的生物灵感更具副作用,因为蜘蛛仍然击败机器人,因为它们将血液用作液压流体,并做血液所做的一切,比如在需要的地方输送营养和氧气。


在近日发表在Nature上的一篇论文中,康奈尔大学和宾夕法尼亚大学的研究人员提出了一种机器人鱼,它使用人工循环系统中泵入的合成血液,为肌肉提供液压动力,并提供分布式电源。这种液压液组成的人工合成血管(人造循环)系统,可以通过机械传动和电力驱动的方式为软体机器人提供动力。在对该系统的测试中,一个软体的机器狮子鱼能够逆流游动,拍动胸鳍。



这条鱼具有令人印象深刻的耐力,最大理论操作时间超过36小时,同时以每分钟1.5体长的速度游泳。关键在于鱼的血液,它(除了为软执行器提供液压动力)是氧化还原流动电池的一半。血液是一种液态三碘化物阴极,它在浸在电解液中的锌细胞中循环。当锌氧化时,它释放电子,为鱼的微控制器和泵提供动力。这个动力系统的理论能量密度是每升322瓦时,或者说是每升676瓦时的一半,你可以在为特斯拉提供动力的锂离子电池中找到。



美国康奈尔大学研究人员Robert Shepherd和他的同事认为,机器鱼身体内部用于传递动力的液压液,应该还具有储存能量的潜力。研究团队使用含有碘化锌的液压液,制成了一种人工合成血管系统,并将其嵌入仿生狮子鱼体内。这种液体会在机器鱼的周身循环,通过电化学反应驱动机器鱼内部搭载的泵和其它电子器件。与此同时,液体的泵送还能向鱼鳍传递机械能,从而帮助机器鱼在游泳的时候保持平衡。


研究人员表示,这一技术成果将帮助提升未来机器人设计的能量储存、效率和自主性。



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