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机器人血的力量和推动合成狮子鱼

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生物学充满了高度复杂的系统，科学家们长期研究这些系统是为了模仿它们的机械和化学功能 。人体和动物体如此高效的部分原因在于它们各部分的综合多功能性：腿不仅仅是一种运动机制，而且还是以脂肪形式储存能量的地方，也是制造血液的长骨之家在别处输送能量的细胞 。
机器人倾向于划分这些任务，分离能量存储和运动等功能 。每个功能具有不同的组件使得更大的设备阻碍机器人的潜力，特别是在需要轻量但是高功率以用于长时间探索或搜索和救援任务的无绳机器人中 。
詹姆斯Pikul，在助理教授机械工程与应用力学系，与人合着在最近的一篇文章自然与康奈尔大学的同事们展示了一个机器人狮子鱼，通过使用液压液体的团队是指结合了能量储存和运动作为“机器人血液” 。
“普通机器人由针对特定任务高度优化的部件组成 。这种专业化导致机器人性能的妥协，“Pikul说 。“例如，如果我们想让机器人运行更长时间，我们必须增加更多电池，但为此我们必须拆下执行器以保持相同的重量和尺寸 。”
为解决这一权衡难题，该团队将其机器人血液与氧化还原液流电池建模，其中一些电池组件以液体形式储存能量，直到需要时通过化学反应将其转化为电能 。在研究人员的机器人狮子鱼中，合成血管系统以类似于氧化还原液流电池的方式将能量存储在机器人血液中，而从机器人血液中提取的能量驱动泵，该泵推动相同的液压液体以推动鳍片的运动 。
使用柔软的水生机器人及其合成血液是研究人员的自然选择，因为软机器人通常由液体驱动 。他们认为，如果他们能够将已经加入机器人的液体吸收并为其注入额外的功能，他们可以通过避免固体电池来节省空间和重量 。
Pikul对于设计优化空间以模糊结构和功能之间的区别并不陌生 。就像这个项目试图将能量存储智能地整合到宏观规模的机器人鱼中一样，Pikul在纳米尺度上做了同样的事情，他设计了一种叫做金属木材的材料- 一种轻质但坚固的材料，其化妆空间特别精致可以注入储能组件 。
“我们创造了机器鱼，以此展示如何在机器人部件中添加多种功能可以显着提高其性能和功能，”Pikul说 。“如果流体仅用于驱动机器人而不储存能量，那么机器人只能行进八分之一的距离 。”
根据研究人员的说法，他们的狮子鱼是第一个将液压力传递，运动和能量储存结合到一个系统中的机器人，这使得机器鱼可以游泳长达36小时 。他们的研究揭示了多功能机器人设计尚未开发的潜力，并可能导致具有前所未有的海洋探测能力的软机器人，尽管Pikul预见到更具深远意义的应用：
“我认为这项工作有趣的未来方向是将更复杂和独特的化学功能整合到流体中，并利用它来制造具有类似动物能力的新功能和更好功能的机器人，”Pikul说 。“此外，我认为除了软机器人之外，其他任何东西都有很好的应用，例如任何使用流体的机器，从硬机器人到电动汽车甚至飞机 。”
【机器人血的力量和推动合成狮子鱼】

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