Lengan ikan lawan melawan arus, ekornya bergerak seperti pendulum dalam gerakan perlahan. Tetapi ikan ini tidak seperti rakan berdarah dinginnya. Ia adalah robot, dan bukannya darah yang berjalan melalui uratnya, ia mengalirkan cecair tenaga padat untuk kedua-dua kuasa bateri dan menolak siripnya. Robot yang diterangkan hari ini dalam jurnal Nature, mungkin merupakan langkah pertama dalam menangani dua rintangan utama dalam kuasa-robot dan kawalan-dengan satu penyelesaian. Dan terima kasih kepada cecair yang bertenaga memompa melalui sistem pseudo-vaskular, robot ini mungkin sedikit lebih seperti kami.
Robot tidak biasanya berfungsi dengan cara yang sama seperti makhluk hidup. Daripada rangkaian yang rumit bahagian-bahagian pelbagai fungsi, robot cenderung dibuat daripada komponen terpencil yang masing-masing memberi maksud tunggal, menerangkan jurutera mekanikal Robert Shepherd dari Cornell University, penyelidik utama penyelidikan baru. Sebagai contoh, mereka mungkin mempunyai satu sistem untuk menangani kuasa dan yang lain untuk mengawal gerakan, yang tidak selalu berkesan. Sebaliknya, sistem peredaran manusia adalah pelbagai fungsi: Ia mengepam darah ke seluruh badan kita dan dengan berbuat demikian, ia juga membantu mengawal suhu tubuh kita dan mengangkut sel-sel untuk melawan jangkitan.
Terdapat contoh sistem peredaran darah yang lebih berkesan daripada kita sendiri. Malah, inspirasi awal Shepherd untuk robo-lionfish sebenarnya tidak banyak perenang. Sebaliknya, dia terpesona oleh godwit bar-ekor terbang tinggi, burung migrasi yang dia panggil "atlet super." Seorang godwit boleh terbang selama seminggu tanpa henti, tetapi pertama kali menggandakan berat lemaknya untuk persediaan untuk penerbangan.
"Itu benar-benar melekat dengan saya bahawa anda boleh menambah tenaga kepada haiwan dengan cara yang pelbagai fungsi-penebat haba dan penyimpanan tenaga, dan kemudian mengedarkannya dengan cara yang efisien, " kata Shepherd. "Jika anda bandingkan dengan bateri kami [dalam robot], mereka sering tidak melakukan apa-apa fungsi lain daripada menyediakan tenaga dan menambahkan berat badan."
Dengan ini, Gembala bertanya-tanya apakah ada cara untuk membuat bateri di robot berjaya menguruskan kedua-dua kuasa dan kawalan. Banyak robot sudah mengepam cecair hidraulik, seperti air, melalui sistem mereka untuk menggunakan daya yang bergerak beberapa bahagian mereka. Sekiranya mereka boleh menggantikan cecair hidraulik yang tipikal dengan satu yang menyimpan tenaga, dia fikir cecair boleh melakukan lebih daripada sekadar memudahkan gerakan mekanikal. Menggunakan hidraulik pelbagai fungsi juga boleh menjimatkan tenaga dalam jangka masa panjang, kerana robot tradisional dengan bateri pepejal sering memerlukan pek bateri tambahan untuk operasi jangka panjang, yang menambah berat badan tambahan dan mengurangkan prestasi.
Gembala dan pasukannya, yang telah memohon paten pada reka bentuk mereka, menggunakan apa yang dipanggil bateri aliran zink iodide redox, yang mempunyai larutan elektrolit cair di dalamnya yang berfungsi sebagai rizab tenaga. Cecair kaya tenaga menyumbang kepada tindak balas kimia yang mengenakan bateri, sementara juga berfungsi sebagai cecair hidraulik yang beredar melalui lionfish dan menggerakkan siripnya. Untuk membenarkan pergerakan, sirip diperbuat daripada elektrod fleksibel dan kulit silikon lembut. Mengepam cecair hidraulik ke dalam satu bahagian sirip ekor mengembangkan kulit dan menyebabkan sirip untuk membengkok di sekeliling bahagian pusat yang lebih keras ke arah yang lain. Membalikkan arah bendalir membengkokkan sirip dengan cara yang lain, yang membolehkan ikan berenang sebagai bendalir berayun. Sirip dada juga dikuasakan oleh bendalir, dan boleh menggila ke luar, meniru pergerakan sirip yang digunakan oleh ikan untuk berkomunikasi.
Menempatkan lionfish ke dalam tangki air garam, pasukan itu memerhatikan robot itu dapat berjaya berenang melawan arus. Dalam eksperimen, mereka membiarkan robot berenang selama dua jam, tetapi mengira ia boleh secara teori beroperasi selama 36 jam. Mereka juga menganggarkan bahawa prestasi tenaga robot kira-kira tiga hingga empat kali lebih baik daripada reka bentuk tradisional menggunakan cecair hidraulik biasa seperti air.
Gembala menjelaskan bahawa penggunaan pelbagai fungsi bateri pepejal bukanlah perkara baru. Sebagai contoh, bateri dalam perangkap forklift bertindak sebagai sumber tenaga, sementara juga memberi berat untuk menstabilkan mesin semasa mengangkat berat. Tetapi penggunaan bateri cecair yang pelbagai tidak pernah diterokai sehingga kini. "Sekarang idea itu di luar sana, " kata Shepherd, "Kami berharap bahawa apabila orang menggunakan hidraulik, mereka boleh bertanya, 'Bolehkah saya menggantikan cecair hidraulik dengan cairan elektrolisis-yang masuk akal dengan kos tenaga berbanding berat untuk cecair yang lebih padat dalam sistem saya? '"
"Ide untuk menggunakan cecair sebagai bateri sangat hebat, " kata Robert Katzschmann dari ETH Zurich, ahli robot yang bekerja di robot robot lain, tetapi tidak terlibat dalam penyelidikan ini. Walau bagaimanapun, Katzschmann mengekalkan kebimbangan tentang kecekapan bateri, dan menekankan bahawa konsep itu mungkin lebih baik dipamerkan dari air, di mana mengelakkan berat tambahan pek bateri pepejal menjadi kritikal tanpa bantuan keapungan.
"Secara teori ia hebat, kerana anda boleh membuat robot yang bukan di dalam air, " kata Katzschmann. "Sekiranya anda mahu membuat robot berjalan, ia lebih sukar. Dan tidak ada seorang pun yang menunjukkan robot lembut sepenuhnya yang boleh terbang, jadi masuk akal untuk menunjukkannya di bawah air sebagai idea, tetapi masih banyak kerja untuk mereka lakukan. "
Gembala optimis mengenai peningkatan bateri. Beliau menekankan bahawa kimia bateri mereka selamat untuk dikendalikan tetapi "bukan sebagai tenaga yang padat kerana ia boleh."
"Cabaran itu meningkatkan ketumpatan tenaga semasa selamat, " katanya. "Kami tahu di mana ia boleh pergi, tetapi kami perlu pergi ke sana dengan lebih berhati-hati." Dan seperti Katzschmann, beliau membayangkan karya ini menyumbang kepada robot masa depan di bumi, yang mungkin dapat digunakan dalam misi mencari dan menyelamat. "Kami telah membuat sistem yang boleh diperbaharui, jadi bentuk yang anda kini terhad boleh berubah, " tambah Shepherd. "Sudah tentu, masa depan adalah sistem hibrid, sekurang-kurangnya untuk sistem terestrial ... di mana bahagian-bahagian lembut digunakan untuk mengesan dan melapisi penggerak elektromekanik dan cecair."
Walaupun terdapat banyak kemajuan yang perlu dibuat dalam bidang robot yang lembut, lionfish Shepherd mencadangkan bahawa, setakat ini sekurang-kurangnya, perkara bergerak bersama-sama.
