Lõvikala ujub vastu voolu, tema saba liigub aeglaselt nagu pendel. Kuid see kala pole nagu tema külmaverelised kolleegid. See on robot ja selle asemel, et veri jookseb läbi veenide, tsirkuleerib see energiatihedat vedelikku nii akude toiteks kui ka uimede surumiseks. Täna ajakirjas Loodus kirjeldatud robot võib olla esimene samm kahe lahendusega robootika - jõu ja juhtimise - tõkestamisele ühe lahendusega. Ja tänu energilise vedeliku pumpamisele läbi oma pseudovaskulaarse süsteemi, võib see robot olla natuke rohkem nagu meie.
Robotid ei tööta tavaliselt samamoodi nagu elavad asjad. Keeruka mitmeotstarbeliste osade võrgu asemel tehakse robotid enamasti isoleeritud komponentidest, mis teenivad ühte eesmärki, selgitas uue uuringu peauurija Cornelli ülikooli mehaanikainsener Robert Shepherd. Näiteks võib neil olla üks süsteem võimsuse adresseerimiseks ja teine liikumise juhtimiseks, mis pole alati tõhus. Inimese vereringesüsteem on seevastu multifunktsionaalne: see pumpab verd kogu meie keha ja see aitab ka reguleerida meie kehatemperatuuri ning transpordib rakke nakkuste vastu võitlemiseks.
Looduses on vereringesüsteemide näiteid, mis on veelgi tõhusamad kui meie oma. Tegelikult polnud Lambakoera esialgne inspiratsioon robo-lionfishi kohta just eriti ujuja. Pigem paelus teda kõrgelt lendav tulpjala-jumalakartlik - rändlind, keda ta nimetab „supersportlaseks”. Jumalaema võib lennata nädal aega ilma peatumata, kuid kahekordistab kõigepealt oma rasvakaalu, et enne lendu valmistuda.
"See, mis teil on, võib loomale multifunktsionaalsel viisil energiat lisada - nii soojusisolatsiooni kui ka energia salvestamist ja energiatõhusal viisil jaotamist, " seisis mulle selles ummikus, "ütleb Shepherd. "Kui võrrelda seda meie [robotites] patareidega, siis ei täida need sageli muud funktsiooni kui energia pakkumine ja kaalu lisamine."
Seda silmas pidades mõtles Shepherd, kas on olemas viis, kuidas panna robotites olevad akud nii võimsust kui ka juhtimist edukalt juhtima. Paljud robotid pumbavad juba oma süsteemide kaudu hüdraulilisi vedelikke, näiteks vett, et rakendada jõudu, mis liigutab mõnda nende osa. Kui nad saaksid tüüpilise hüdraulikavedeliku asendada energiat salvestava vedelikuga, arvas ta, et vedelik võib midagi enamat teha kui lihtsalt mehaanilist liikumist hõlbustada. Multifunktsionaalse hüdrosüsteemi kasutamine võib pikemas perspektiivis ka energiat säästa, kuna tavapärased tahke patareiga robotid vajavad pikaajaliseks tööks sageli lisaakusid, mis lisavad lisaraskust ja vähendavad jõudlust.
Lambakoer ja tema meeskond, kes on oma disainilahendusele patendi taotlenud, kasutasid tsinkjodiidi redoksvoolu patareisid, mille sees on vedel elektrolüüdilahus, mis toimib energiavaruna. Energiarikas vedelik aitab kaasa keemilistele reaktsioonidele, mis laadivad akut, töötades samal ajal ka hüdraulikavedelikuna, mis ringleb läbi lionfishi ja liigutab selle uime. Liikumise võimaldamiseks on uimed valmistatud elastsetest elektroodidest ja pehmest silikoonist nahaga. Hüdraulikavedeliku pumpamine sabauime ühele küljele täidab naha ja põhjustab selle painutamist jäikamate keskosade ümber teise külje poole. Vedeliku suuna muutmine painutab uime teistpidi, lubades kaladel ujuda vedeliku võnkudes. Rinnauimede toiteallikaks on ka vedelik ja need võivad väljapoole tuulutada, jäljendades uimede liigutusi, mida lionfish kasutavad suhtlemiseks.
Asetades lõvikala soolaveemahutisse, jälgis meeskond, kuidas robot suutis voolu vastu edukalt ujuda. Katsetes lasid nad robotil ujuda kuni kaks tundi, kuid arvutasid, et see võiks teoreetiliselt töötada isegi 36 tundi. Samuti arvasid nad, et roboti energiatõhusus on umbes kolm kuni neli korda parem kui traditsioonilises konstruktsioonis, kus kasutatakse tavalist hüdraulilist vedelikku nagu vesi.
Shepherd selgitab, et tahkete patareide multifunktsionaalne kasutamine pole uus. Näiteks kahveltõstuki akud toimivad energiaallikana, pakkudes samal ajal ka raskust masina stabiliseerimiseks raske tõstmise ajal. Kuid vedelpatareide mitmekesist kasutamist pole seni uuritud. "Nüüd, kui idee on seal väljas, " ütleb Shepherd, "loodame, et kui inimesed kasutavad hüdraulikat, saavad nad küsida:" Kas ma saan hüdraulikavedeliku asendada elektrolüütilise vedelikuga - kas see on mõttekas energiakulude ja kaalu vahel tihedam vedelik minu süsteemis? '”
“Idee vedelikuna akut kasutada on tõesti suurepärane, ” ütleb Robert Katzschmann ETH Zürichist, robotist, kes on töötanud teiste robotikalade kallal, kuid ei olnud selle uuringuga seotud. Katzschmann on siiski mures aku tõhususe pärast ja rõhutab, et kontseptsiooni võiks paremini veest välja tuua, kus tahke aku pakkide lisaraskuse vältimine muutub kriitiliseks ilma ujuvuse abita.
“Teoorias on see suurepärane, sest sa võiksid teha roboti, mis pole vee all, ” ütleb Katzschmann. “Kui soovite teha kõndimisroboti, on see natuke keerulisem. Ja keegi pole näidanud täiesti pehmet robotit, mis suudaks lennata, seega on mõistlik seda idee all näidata vee all, kuid nende jaoks on veel palju tööd teha. ”
Lambakoer on aku parandamise osas optimistlik. Ta rõhutab, et nende patareide keemia on ohutu käsitsemine, kuid "mitte nii tiheda energiaga kui see võiks olla."
"Väljakutseks on energiatiheduse suurendamine, olles samas ohutu, " ütleb ta. “Me teame, kuhu see võib jõuda, kuid peame sinna minema ettevaatlikumalt.” Ja nagu Katzschmann, näeb ta ka seda tööd, aidates kaasa tulevastele robotitele maismaal, mida võiks kasutada otsingu- ja päästemissioonidel. "Oleme koostanud venitava süsteemi, nii et vorm, millega te praegu piiratud olete, võib muutuda, " lisab Shepherd. "Kindlasti on tulevik hübriidsüsteemid, vähemalt maapealsete süsteemide jaoks, kus pehmete osade tuvastamiseks kasutatakse elektromehaanilisi ja vedelaid ajameid."
Ehkki pehme robootika valdkonnas on teha palju edusamme, soovitab Shepherdi lõvikala vähemalt seda, et vähemalt seni on asjad liikunud ujuvalt.
