Levinja plava proti toku, njen rep pa se giblje kot nihalo v počasnem gibanju. Toda ta riba ni všeč svojim hladnokrvnim kolegom. To je robot in namesto krvi, ki teče po njegovih žilah, kroži energijsko gosta tekočina, ki napaja baterije in potiska plavuti. Robot, opisan danes v reviji Nature, je morda prvi korak pri reševanju dveh glavnih ovir v robotiki - moči in nadzora - z eno rešitev. In zahvaljujoč energijski tekočini, ki črpa skozi svoj psevdovaskularni sistem, bi bil ta robot morda nekoliko bolj podoben nam.
Roboti običajno ne delujejo tako, kot to počnejo žive stvari. Namesto zapletene mreže večnamenskih delov so roboti ponavadi sestavljeni iz izoliranih komponent, ki imajo vsak en sam namen, pojasnjuje inženir strojništva Robert Shepherd z univerze Cornell, glavni raziskovalec nove študije. Na primer, lahko imajo en sistem za naslavljanje moči in drugega za nadzor gibanja, ki ni vedno učinkovit. V nasprotju s tem je človeški obtočni sistem večnamenski: črpa kri po naših telesih in s tem pomaga tudi uravnavati telesno temperaturo ter prevaža celice za boj proti okužbam.
V naravi obstajajo primeri cirkulacijskih sistemov, ki so še učinkovitejši od našega. Pravzaprav Shepherd-ov prvi navdih za robo-levbice pravzaprav ni bil velik plavalec. Namesto, da ga je očaral visoko leteči bogovski trak z repom, selitveno ptico, ki jo imenuje "superšportnik." Godwit lahko leti teden dni brez ustavljanja, vendar najprej podvoji svojo težo v maščobi, da se pripravi na let.
"To se mi je zataknilo, da lahko živalim dodate energijo na večnamenski način - toplotno izolacijo in shranjevanju energije, nato pa jo razdelite na učinkovit način, " pravi Shepherd. "Če to primerjate z našimi baterijami [pri robotih], pogosto ne opravljajo nobene druge funkcije, kot je zagotavljanje energije in dodajanje teže."
Glede na to se je Shepherd spraševal, ali obstaja način, da baterije pri robotih uspešno upravljajo tako z močjo kot z nadzorom. Veliko robotov že črpa hidravlične tekočine, kot je voda, prek svojih sistemov, da uporabijo silo, ki premika nekatere njihove dele. Če bi lahko tipično hidravlično tekočino nadomestili s tisto, ki hrani energijo, je po njegovem mnenju tekočina lahko naredila več kot le olajšala mehansko gibanje. Uporaba večnamenske hidravlike lahko dolgoročno prihrani tudi energijo, saj tradicionalni roboti s trdnimi baterijami pogosto potrebujejo dodatne baterije za dolgoročno delovanje, ki dodajo dodatno težo in zmanjšajo zmogljivost.
Shepherd in njegova ekipa, ki so zaprosili za patent za svojo zasnovo, so uporabili tako imenovane cinkove jodidne redoks pretočne baterije, ki imajo v sebi raztopino tekočega elektrolita, ki deluje kot rezerva energije. Energijsko bogata tekočina prispeva k kemičnim reakcijam, ki napolnijo baterijo, hkrati pa deluje kot hidravlična tekočina, ki kroži skozi levji in premika plavuti. Za omogočanje gibanja so plavuti izdelani iz prožnih elektrod in mehke silikonske kože. Črpanje hidravlične tekočine na eno stran repne plavuti napihne kožo in povzroči, da se plavuta upogne okrog trdnejših središčnih odsekov proti drugi strani. Obrnjeno smer tekočine upogne plavut v nasprotni smeri, kar ribi omogoča plavanje, ko tekočina niha. Pektorne plavuti se napajajo tudi s tekočino in se lahko navijajo navzven, kar posnema gibe plavuti, ki jih levji ribci uporabljajo za komunikacijo.
Ekipa je postavila levji v rezervoar za slano vodo in opazila, da bi robot lahko uspešno plaval proti toku. V poskusih so robota pustili do dve uri, vendar so izračunali, da lahko teoretično deluje kar 36 ur. Ocenili so tudi, da je bila energetska učinkovitost robota približno tri- do štirikrat boljša od tradicionalne zasnove z uporabo običajne hidravlične tekočine, kot je voda.
Shepherd pojasnjuje, da večnamenska uporaba trdnih baterij ni nova. Na primer, baterije v viličarju delujejo kot vir energije, hkrati pa zagotavljajo težo za stabilizacijo stroja med težkim dvigovanjem. Toda raznolike uporabe tekočih baterij doslej še niso raziskali. "Zdaj, ko je ideja tam zunaj, " pravi Shepherd, "upamo, da lahko ljudje, ko uporabljajo hidravliko, vprašajo:" Ali lahko hidravlično tekočino nadomestim z elektrolitično tekočino - ali je to smiselno s stroški energije v primerjavi s težo za gostejša tekočina v mojem sistemu? "
"Ideja o uporabi tekočine kot baterije je res odlična, " pravi Robert Katzschmann iz robotskega podjetja ETH Zurich, ki je delal na drugih robotskih ribah, vendar ni bil vključen v to raziskovanje. Vendar pa Katzschmann ohranja zaskrbljenost glede učinkovitosti akumulatorja in poudarja, da bi bilo mogoče koncept bolje predstaviti zunaj vode, če se izogibanje dodatni teži trdnih baterijskih baterij postane kritično, ne da bi pri tem prišlo do plovnosti.
"V teoriji je to super, saj bi lahko naredili robota, ki ni pod vodo, " pravi Katzschmann. "Če želite narediti sprehajalnega robota, je malo težje. In nihče ni pokazal popolnoma mehkega robota, ki lahko leti, zato ga je smiselno prikazati pod vodo kot idejo, vendar jih čaka še veliko dela. "
Pastir je optimističen glede izboljšave baterije. Poudarja, da je kemija njihovih baterij varna, vendar "ni tako gosta, kot bi lahko bila."
"Izziv je povečati gostoto energije in hkrati varno, " pravi. "Vemo, kam lahko gre, vendar moramo tja iti previdneje." In tako kot Katzschmann tudi to delo predvideva, da prispeva k prihodnjim robotom na kopnem, ki bi jih lahko uporabili pri iskanju in reševanju. "Naredili smo raztegljiv sistem, tako da se lahko oblika, ki ste jo trenutno omejili, spremeni, " dodaja Shepherd. "Zagotovo je prihodnost hibridnih sistemov, vsaj prizemnih sistemov ... kjer se mehki deli uporabljajo za zaznavanje in prekrivanje elektromehanskih in tekočih aktuatorjev."
Medtem ko je na področju mehke robotike treba doseči veliko napredka, ovčji levji ribiči kažejo, da se stvari vsaj do zdaj pomično premikajo.
