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机器人循环系统为可能性提供动力

2021年07月09日 南充机械设备网

机器人循环系统为可能性提供动力

不受束缚的机器人会遭受耐力问题。一种可能的解决方案:循环液体-“机器人血液”-储存能量并为其应用程序提供动力,以执行复杂的长期任务。

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人类和其他复杂生物通过集成系统来管理生命中国机械网okmao.com。人类将能量存储在遍布人体的脂肪储备中,而复杂的循环系统则输送氧气和营养以驱动数万亿个细胞。

但是,打开一个不受束缚的机器人的引擎盖,事情就变得更加细分:在这里是坚固的电池,在那儿是电动机,冷却系统和其他组件散布在各处。

康奈尔大学的研究人员已经创建了一种合成的血管系统,该系统能够泵送能量密集的液压液,该液压液存储能量,传递力,操作肢体并提供结构,所有这些均采用集成设计。

机械和航空航天工程副教授罗布·谢泼德(Rob Shepherd)表示:“在自然界中,我们看到有机体在执行复杂任务时可以运行多长时间。

机器人不能长时间执行类似的壮举。“我们的生物启发方法可以大大提高系统的能量密度,同时使软机器人可以保持更长的移动时间。”

Shepherd是有机机器人实验室的负责人,是6月19日在《自然》上发表的“用于能源密集型机器人的电子血管系统”的高级作者。博士生卡梅伦·奥宾是第一作者。

工程师们依靠锂离子电池具有强大的储能潜力。但是固体电池体积大并且存在设计限制。

或者,氧化还原液流电池(RFB)依靠固态阳极和高度可溶的阴极电解液来发挥作用。溶解的成分会存储能量,直到通过化学还原和氧化或氧化还原反应释放出来为止。

软机器人主要是流体,按体积计最多可达到90%左右的流体,并且很多时候都使用液压液体。使用该流体存储能量可以在不增加重量的情况下增加能量密度。

研究人员通过创建由狮子鱼启发的水生软机器人对该概念进行了测试,该机器人由合著者詹姆斯·皮库尔(James Pikul)设计,詹姆斯·皮库尔是前博士后研究员,现在是宾夕法尼亚大学的助理教授。

鱼使用起伏的扇状鳍在珊瑚礁环境中滑行(在牺牲准确性的同时,研究人员选择不像机器人的活体那样添加有毒鳍)。

外部的有机硅皮肤以及内部的柔性电极和离子分离器膜使机器人可以弯曲和弯曲。

互连的碘化锌流通池电池通过电化学反应为车载泵和电子设备供电。研究人员获得的能量密度大约相当于特斯拉Model S锂离子电池的一半。

机器人通过流动电池的泵送而传递给鳍片的动力来游泳。初始设计提供了足够的动力,可以向上游游泳超过36小时。

当前的RFB技术通常用于大型固定应用中,例如存储来自风能和太阳能的能量。RFB设计历来遭受低功率密度和低工作电压的困扰。研究人员通过串联连接风扇电池单元来克服这些问题,并通过在整个鳍片区域分布电极来最大化功率密度。

机器人软鱼的电子内幕,展示了泵,带鳍片致动器的模制硅胶外壳,微控制器和阴极电解液脉管系统。

“我们希望在机器人中容纳尽可能多的组件,并将其转化为能量系统。如果您的机器人中已经装有液压油,那么您就可以利用大量的能量来为机器人提供更大的自主操作自由度,” Shepherd说。

水下软机器人为研究和探索提供了诱人的可能性。由于水上软机器人具有浮力支撑,因此它们不需要外骨骼或内骨骼即可保持结构。

通过设计使机器人能够长时间运行的电源,Shepherd认为自主机器人可以很快在重要的科学任务和诸如采样珊瑚礁之类的精细环境任务中漫游地球。这些设备也可以发送到外星世界进行水下侦察任务。