機(jī)器“血液”登上Nature：一條假魚靠它續(xù)航36小時(shí)，無需固態(tài)電池

乾明 栗子 2019-06-20 12:53:40 來源：量子位

魚栗子 乾明 發(fā)自 凹非寺

量子位 報(bào)道 | 公眾號(hào) QbitAI

機(jī)器人能擁有血液系統(tǒng)嗎？

可以，而且還能像生物的血液系統(tǒng)一樣，為機(jī)器的各個(gè)組件傳遞能量。

來，給你看條魚。

這條機(jī)器魚，不依靠固體電池，靠“血液”系統(tǒng)提供能量，一口氣能游36小時(shí)。

實(shí)現(xiàn)這一壯舉的，是來自康奈爾大學(xué)和賓夕法尼亞大學(xué)的研究人員。

他們的這一研究成果，不僅登上了最新一期的Nature，也成了Nature網(wǎng)站的焦點(diǎn)報(bào)道。

這一研究成果發(fā)表之后，Twitter上甚至有人爆發(fā)了贊嘆的粗口：

那么，這到底是怎樣的血液？

機(jī)器魚的血

如果是生命體的話，脂肪就是很好的能源了。但機(jī)器人呢？

機(jī)器人可能不太用得上脂肪，不過血液是能模擬出來。就像人類的血液，可以為肌肉輸送氧氣和能量那樣。

給機(jī)器魚也造出一個(gè)血液系統(tǒng)，往各個(gè)部位的魚鰭上傳送能量就好了。

它的血液，不是普通的液壓液，最大的差別就在于：不止能傳遞力，還能傳遞電能。

圖上的紅色就是“血液”，里面有三碘化物。

流過腹部，流過尾巴，流過各種有魚鰭的地方。這些位置都有泵，也都有電池組的結(jié)構(gòu)，電池組里有鋅。

血液經(jīng)過電池組，碘離子會(huì)把鋅氧化。這個(gè)過程中，電子流動(dòng)起來，產(chǎn)生了一個(gè)電壓。

電子會(huì)流過為泵供能的電子元件，泵一開始工作，魚鰭便可以動(dòng)起來了。

另外，雖然不是普通的液壓液，機(jī)器魚的血也依然有作為液壓液的修養(yǎng)，完成力的傳遞。

比如，魚要向前游，靠的是尾鰭：把血從尾巴的一側(cè)泵到另一側(cè)，再泵回去。如此往復(fù)，魚便獲得了向前的動(dòng)力。負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)彎的胸鰭，也是同理。

魚自在游走的時(shí)候，血液里的離子會(huì)不斷消耗，所以依然會(huì)沒電。

不過根據(jù)研究團(tuán)隊(duì)的測算，每次輸血可以續(xù)航36小時(shí)。

由于把液壓傳動(dòng)和能量儲(chǔ)存，集成到了同一個(gè)裝置里，這條魚的功率密度，達(dá)到了傳統(tǒng)液壓系統(tǒng) (電池和液壓裝置分開) 的325%。

如果沒電了，只要再輸一次血，魚就可以恢復(fù)元?dú)狻?/p>

雖然，現(xiàn)在魚游得還很慢，但研究人員對(duì)增加它的功率密度，還是十分有信心的。

現(xiàn)在，團(tuán)隊(duì)正在靠增加電池組陽極和陰極的表面積，來提升功率密度。

他們說，這又不像傳統(tǒng)的硬體機(jī)器人，軟體機(jī)器人的電池組可以塞到任何地方，只要讓外形去適應(yīng)新加的部件就可以了。

攻克儲(chǔ)能難題

正如研究團(tuán)隊(duì)和一些網(wǎng)友評(píng)論的那樣，研究最大的意義，為機(jī)器人的一個(gè)核心難題儲(chǔ)能，提供了一個(gè)解決思路。

儲(chǔ)能，是機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的“攔路虎”之一。通常情況下，機(jī)器人都使用固體電池，集中在一塊特定的材料之中。

想要獲得更強(qiáng)的能源動(dòng)力？最直接的辦法就是增加更多電池。但固體電池的增加，必然導(dǎo)致機(jī)器人重量失衡，從而需要對(duì)機(jī)器人重新設(shè)計(jì)，才能保持平衡與性能。

為了解決這個(gè)問題，已經(jīng)有了不少研究。比如，柔性電池，不限于形狀，能放到機(jī)器人的表面使用；還有結(jié)構(gòu)電池，能同時(shí)作為機(jī)器的承重構(gòu)件和儲(chǔ)能元件。

現(xiàn)在，康奈爾大學(xué)使用攜帶電能的液壓流體，將機(jī)器人的儲(chǔ)能裝置和動(dòng)力傳輸介質(zhì)合為一體，一方面有助于攻克這一難題，也為機(jī)器人研究開辟一個(gè)新的方向。

除此之外，這種“血液”循環(huán)模式的構(gòu)造，也能夠更好地將機(jī)器人的各個(gè)部分，如控制系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)等緊密結(jié)合起來，使機(jī)器人成了一個(gè)有機(jī)的整體。

這樣，更像一個(gè)有血有肉的生物了。

有一天，特斯拉會(huì)不會(huì)無需充電，直接輸血就行了？

輸血背后

這一研究的核心作者，來自康奈爾大學(xué)Organic Robots Laboratory。

實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人為Robert F. Shepherd，康奈爾大學(xué)助理教授，也是這一研究的通訊作者。

2010年，Shepherd博士畢業(yè)于伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校。研究方向?yàn)?D打印、軟體機(jī)器人等，致力于讓機(jī)器更高效、更逼真。

這一實(shí)驗(yàn)室成立以來，已經(jīng)制造了不少軟體機(jī)器人，截止2018年，發(fā)表了53篇研究成果，刊登在Science及子刊、Nature及子刊的就有十多篇。

第一作者是Cameron A. Aubin，本科畢業(yè)于杜克大學(xué)， 目前在康奈爾大學(xué)Organic Robots Laboratory攻讀博士學(xué)位，研究方向?yàn)檐涹w機(jī)器人、3D打印和醫(yī)療設(shè)備設(shè)計(jì)。

他們在論文中表示，關(guān)于這次研究的代碼和數(shù)據(jù)，只要需求合理都可以發(fā)郵件找他們要。

論文傳送門（里面有郵箱地址）：

https://doi.org/10.1038/s41586-019-1313-1