Robot to ustrój składający się z określonych części. To silniki, siłowniki, układy chłodzenia, przewody, akumulatory. A gdyby tak płyny hydrauliczne lub chłodzące mogły równolegle przenosić energię i wyeliminować konieczność stosowania nieporęcznych baterii? Na taki pomysł wpadli naukowcy z Uniwersytetu Cornella
Znów wzorując się na naturze, która z naszą krwią przenosi m.in. tlen i wartości odżywcze do produkcji energii, badacze postanowili wypełnić maszynę płynem o właściwościach podobnych do cieczy ukrytej w akumulatorach.
Wpompowali gęsty płyn hydrauliczny jednocześnie magazynujący energię w układ hydrauliczny robota. Jak pokazali, dzięki temu maszyny mogą pozostawać w ruchu o wiele dłużej i być bardziej mobilne.
Do swoich testów naukowcy użyli podwodnego robota inspirowanego rybą zwaną skrzydlicą (ognicą pstrą). Jej duże płetwy piersiowe i grzbietowa nadają rybie nie tylko charakterystyczny wygląd, ale i pozwalają na majestatyczny ruch. A stworzyli go, wybitny profesor inżynierii Lynden A. Archer i projektant dr James H. Pikul z Uniwersytetu Pensylwanii.
Gdy krew krąży
Rurki oplatające wnętrze ryby na kształt prymitywnych naczyń krwionośnych wypełniono cieczą – tzw. akumulatorem przepływowym, czyli bateriami przepływowymi redoks (RFB, redox flow battery, redoks to reakcja, w której zachodzi jednocześnie do redukcji i utleniania).
Rozpuszczone w cieczy składniki magazynują energię, dopóki nie zostanie uwolniona w reakcji chemicznej. Elektrolity oddziela od siebie membrana. Roztwór jonowy takiego akumulatora nie jest przechowywany w ogniwie wokół elektrod – energia jest przechowywana w elektrolicie, a nie w elektrodzie.
Adres filmu na Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=ggrMs3iudS4
Źródło: Forestlyn Marketing / BBC / YouTube.
Nie jest to rozwiązanie nowe i ma kilka odmian, ale coraz śmielej mówi się o jego wielu przyszłych zastosowaniach. Dla przykładu badacze z Uniwersytetu ETH Zurich w Szwajcarii i IBM Research stworzyli miniaturowy akumulator przepływowy do umieszczenia pomiędzy chipami komputerowymi ułożonymi jeden na drugim. W ten sposób może on służyć jednocześnie do ich zasilania i chłodzenia, co ma niebagatelne znaczenie, ponieważ na chłodzenie superkomputerów zużywane są niesamowite pokłady energii.
Akumulatory przepływowe mogą być bardzo atrakcyjnym rozwiązaniem dla przyszłych zastosowań, szczególnie wielkoskalowych, np. przy dostarczaniu mocy szczytowej w farmach wiatrowych lub bilansowaniu mocy w systemie dystrybucyjnym.
Czas przyspieszyć
Silikonowa skóra na zewnątrz i elastyczne elektrody oraz membrana separatora jonów pozwalają robotowi zginać się. Płyn hydrauliczno-energetyczny porusza płetwami ryby. Połączone ze sobą ogniwa przepływowe z ogniwami z jodku cynku zasilają pompy na pokładzie i elektronikę poprzez reakcje elektrochemiczne.
Rozpuszczone w cieczy składniki magazynują energię, dopóki nie zostanie uwolniona w reakcji chemicznej
Robot pływa, wykorzystując moc przekazywaną do żeber z pompowania akumulatora ogniwa przepływowego. Wykorzystanie płynu w robocie do kilku zadań jednocześnie – hydrauliki i magazynowania energii, pozwoliło na ograniczenie masy sztucznej ryby i wydłużenie czasu jej pracy. Maszyna w pierwotnym projekcie pływała pod prąd przez 36 godzin. Na razie jej prędkość jest niewielka i właśnie nad przyspieszeniem ryby pracują teraz inżynierowie z Cornella.
Miękkie roboty mają sporo zalet – nie wymagają sztywnych szkieletów zewnętrznego i wewnętrznego. Podwodne miękkie roboty oferują kuszące możliwości badań i eksploracji. Autonomiczne roboty z nowym źródłem zasilania mogą przemierzać oceany, a także środowiska podwodne w trakcie pozaziemskich misji rozpoznawczych.
Prace naukowców były wspierane przez Biuro Badań Podwodnych. Jest to organizacja badawcza w ramach Departamentu Marynarki Stanów Zjednoczonych.
Za badaniem stoją Cameron Aubin, doktorant z Laboratorium Robotów Organicznych oraz prof. nadzw. Rob Shepherd. Wspierali ich Snehashis Choudhury, Rhiannon Jerch.