Egy oroszlánhal úszik az áram ellen, farka lassítva mozog, mint egy inga. De ez a hal nem olyan, mint a hidegvérű társai. Ez egy robot, és ahelyett, hogy a vére átfolyna a vénáin, energia-sűrű folyadékot kering az akkumulátorok táplálására és az uszonyok tolására. A robot, amelyet ma a Nature folyóiratban írtak le , lehet az első lépés a robotika két fő akadályának - az erő és a vezérlés - kezelésében egy megoldással. És annak köszönhetően, hogy az energetikai folyadék szivárog az álszeres érrendszerén, ez a robot lehet, hogy kissé hasonlít minket.
A robotok általában nem ugyanúgy működnek, mint az élő dolgok. A többfunkciós alkatrészek bonyolult hálózata helyett a robotokat általában izolált alkatrészekből készítik, amelyek mindegyike egyetlen célt szolgál - magyarázza Robert Shepherd, a Cornell Egyetem gépészmérnöke, az új vizsgálat fő kutatója. Lehet, hogy például van egy rendszerük az energiaellátáshoz, a másik pedig a mozgás vezérléséhez, ami nem mindig hatékony. Ezzel szemben az emberi keringési rendszer multifunkcionális: szivattyúzza a vért az egész testünkön, és ezzel segíti a testhőmérséklet szabályozását, és szállítja a sejteket a fertőzések leküzdésére.
Vannak olyan példák a keringési rendszerekre a természetben, amelyek még hatékonyabbak, mint a miénk. Valójában Shepherd kezdeti inspirációja a robo-oroszlánhal számára valójában nem sok úszó volt. Inkább lenyűgözte a magasan repülõ, rúdfarkú istennő, egy vándorló madár, amelyet „szuper sportolónak” hívnak. Az istenember egy hétig repülhet anélkül, hogy megállna, de elõször megduplázza a zsírtartalmát, hogy elõkészítse a repülést.
"Ez nagyon ragaszkodott hozzám, hogy energiát adhat egy állatnak egy multifunkcionális módon - mind hőszigeteléssel, mind energiatárolással, majd hatékony módon eloszthatja azt" - mondja Shepherd. "Ha összehasonlítjuk az akkumulátorokkal [robotokban], akkor gyakran nem más funkciót látnak el, mint az energiaellátás és a súly növelése."
Ezt szem előtt tartva, Shepherd azon töprengett, vajon van-e mód arra, hogy a robotokban lévő akkumulátorok sikeresen kezeljék mind az energiát, mind a vezérlést. Sok robot már pumpálja a rendszerein keresztül hidraulikus folyadékokat, például vizet, és erőt alkalmaz, amely egyes részeiket mozgatja. Ha el tudnák cserélni egy tipikus hidraulikus folyadékot az energiát tároló folyadékkal, úgy gondolta, hogy a folyadék nem csupán a mechanikus mozgást megkönnyítheti. A multifunkcionális hidraulika használata hosszú távon energiát is megtakaríthat, mivel a hagyományos, szilárd akkumulátorú robotoknak gyakran szükségük van további akkumulátorokra a hosszú távú működéshez, amelyek további súlyt adnak és csökkentik a teljesítményt.
Pásztor és csapata, akik szabadalmat kértek a formatervezésükre, cink-jodid redox áramú akkumulátorokat használtak, amelyekben folyékony elektrolit-oldat található, amely energiatartalékként működik. Az energiaban gazdag folyadék hozzájárul az akkumulátort töltő kémiai reakciókhoz, ugyanakkor hidraulikus folyadékként működik, amely az oroszlánhalon kering, és az ujjait mozgatja. A mozgás lehetővé tétele érdekében az uszonyok rugalmas elektródákból és puha szilikon bőrből készülnek. A hidraulikafolyadék pumpálása a farok uszonyának egyik oldalára felfújja a bőrt, és az uszony a merev középső szakaszok körül a másik oldal felé hajlik. A folyadék irányának megfordítása megfordítja az uszony másik irányát, lehetővé téve a halak úszását, amikor a folyadék oszcillál. A mellszárakat is a folyadék táplálja, és kifelé szellőzhetnek, utánozva az oroszlánok által a kommunikációhoz használt uszonyok mozgását.
Az oroszlánhal egy sós víztartályba helyezve a csapat megfigyelte, hogy a robot sikeresen képes úszni egy áram ellen. Kísérletekben hagyták, hogy a robot legfeljebb két órán keresztül úszhasson, de kiszámították, hogy elméletileg akár 36 órán keresztül is képes működni. Becsléseik szerint a robot energiateljesítménye körülbelül háromszor-négyszer jobb, mint egy hagyományos kivitelnél, amely normál hidraulikus folyadékot, például vizet használ.
Shepherd kifejti, hogy a szilárd elemek többfunkciós használata nem újdonság. Például a targoncában lévő akkumulátorok energiaforrásként működnek, miközben súlyt nyújtanak a gép stabilizálásához nehéz emelés során. A folyékony akkumulátorok sokféle felhasználását azonban eddig nem fedezték fel. "Most, hogy az ötlet ott van" - mondja Shepherd - Reméljük, hogy amikor az emberek hidraulikát használnak, feltehetik a kérdést: "Cserélhetem-e a hidraulikafolyadékot elektrolitikus folyadékkal - van-e értelme ennek az energiaköltségnek a súlyához viszonyítva sűrűbb folyadék a rendszeremben? '”
„A folyadék akkumulátorként való felhasználásának ötlete igazán nagyszerű” - mondja Robert Katzschmann, az ETH Zurich robotista, aki más robothalakon dolgozott, de nem vett részt ebben a kutatásban. Katzschmann azonban aggodalmát fejezi ki az akkumulátor hatékonysága miatt, és hangsúlyozza, hogy a koncepciót jobban lehet a vízből kirajzolni, ahol a szilárd akkumulátorok tömegének elkerülése kritikus jelentőségűvé válik úszóképesség nélkül.
"Elméletileg nagyszerű, mert elkészíthet egy robotot, amely nem víz alatti" - mondja Katzschmann. „Ha sétáló robotot akar készíteni, akkor egy kicsit nehezebb. És senki sem mutatott egy teljesen puha robotot, amely képes repülni, ezért van értelme a víz alatti ötletként megmutatni, de még mindig sok a munka ezen a téren. "
Pásztor optimista az akkumulátor javulása szempontjából. Hangsúlyozza, hogy az akkumulátorok kémiai kezelése biztonságos, de „nem annyira sűrű, mint amennyire csak lehet”.
"A kihívás az energia sűrűségének növelése, miközben biztonságos" - mondja. „Tudjuk, hogy hova lehet menni, ám óvatosabban kell odamennünk.” És Katzschmannhoz hasonlóan úgy gondolja, hogy ez a munka hozzájárul a jövőbeni szárazföldi robotokhoz, amelyeket fel lehet használni kutatási és mentési missziókban. "Kihúzható rendszert készítettünk, így a forma, amelyre Ön jelenleg korlátozott, megváltozhat" - tette hozzá Shepherd. "Természetesen a jövő hibrid rendszerek, legalábbis a földi rendszerekhez ... ahol lágy alkatrészeket érzékelnek és átfednek az elektromechanikus és folyadékhajtóművek felett."
Noha sok előrelépést kell tenni a puha robotika területén, a Shepherd oroszlánhalja azt sugallja, hogy legalábbis eddig a dolgok úszás közben mozogtak.
