Ringkasan: Kajian lengkap skim bekalan kuasa untuk robot biohibrid yang diterokai oleh pasukan BIT

Tambahkan pemalam pada Xiaoqiang dan berubah menjadi Xiaoqiang super Anda juga boleh menggunakan telefon mudah alih anda untuk mengawalnya:

Atau tanamkan cip ke dalam badan Jerry supaya Tom Cat tidak lagi boleh membulinya

Apabila haiwan mempamerkan tubuh lengkap mereka, ini adalah spesies baharu - robot biohibrid!

Robot biohibrid ini dilengkapi dengan pelbagai peranti elektronik, jadi orang ramai boleh mengawal haiwan ini dan membiarkan mereka pergi ke beberapa tempat berbahaya untuk melaksanakan tugas. Berbanding dengan robot bionik, robot biohibrid menggunakan badan haiwan untuk bergerak dengan lebih fleksibel dan boleh bergerak dalam persekitaran yang lebih kompleks.

Tetapi ini tidak bermakna mereka tidak memerlukan bekalan kuasa. Malah, peralatan pada haiwan biasanya bergantung pada rangsangan elektrik hujung saraf atau otot untuk mengawal tindakan mereka, yang memerlukan penggunaan elektrik. Lebih-lebih lagi, peranti lain seperti cip yang ditanam juga menggunakan kuasa, jadi bagaimana untuk menyediakannya dengan bekalan kuasa yang tahan lama masih menjadi masalah.

Pada masa ini, bateri yang digunakan oleh robot biohibrid ini biasanya termasuk dalam kategori berikut:

Bateri biasa termasuk bateri kimia (seperti bateri butang), sel solar, sel biofuel (menggunakan tenaga kimia dalam organisma hidup), peralatan penuaian tenaga bioterma (mengumpul dan menggunakan haba badan organisma hidup) dan peralatan penuaian tenaga getaran biologi ( Recharge melalui pergerakan haiwan)

Baru-baru ini, pasukan yang diketuai oleh Profesor Wang Wenzhong dan Zhao Jieliang dari Institut Teknologi Beijing telah menerbitkan artikel ulasan bertajuk A Review of Energy Supply for Biomachine Hybrid Robots dalam jurnal baharu "Cyborg and Bionic Systems" of the China Science and Technology Journal Excellence Pelan Tindakan Ini adalah kaedah bekalan kuasa robot biohibrid biasa ini.

Pautan asal:

https://spj.science.org/doi/10.34133/cbsystems.0053 (Klik "Baca teks asal" di sudut kiri bawah artikel untuk memasukkan pautan)

▍Bateri Kimia

Bateri kimia adalah teknologi yang sangat matang, jadi ia juga merupakan pilihan pertama untuk menghidupkan robot biohibrid. Bateri kimia sering digunakan untuk menggerakkan robot serangga.

Sebagai contoh, lipas Madagascar, yang terbesar di kalangan serangga, sering ditangkap dan digunakan sebagai "coolie". Para saintis meletakkan beg galas kawalan pada lipas dan menggunakan bateri litium-ion untuk memandu robot hibrid mesin lipas ini. Tidakkah rasanya menyarungkan vest berteknologi tinggi pada lipas?

Apatah lagi, bateri butang digunakan untuk membekalkan kuasa untuk bahagian kecil seperti penghantar wayarles Bluetooth berkuasa rendah pada lipas robot. Bahagian kecil ini telah diuji dengan teliti dalam eksperimen, dan setiap satunya boleh berfungsi secara berterusan selama 12 jam.

Bateri polimer litium telah menjadi bintang besar kerana ia mempunyai ketumpatan tenaga yang tinggi dan sangat ringan. Bayangkan membiarkan lipas membawa bateri polimer litium dan berubah menjadi serangga super dan menjadi wira penyelamat bencana.

Selain itu,

Terdapat juga pasukan menggunakan bateri polimer litium 7.4V, 125 mAh untuk menggerakkan robot lipas bernama CameraRoach. Kamera pada lelaki ini seperti peramal, ia boleh melaporkan lokasinya kepada alat kawalan jauh pada bila-bila masa, dan ia juga boleh mendapatkan lebih banyak bekalan tenaga melalui penukar rangsangan. Orang lain mencipta beg galas kawalan mikro yang dikuasakan oleh bateri butang, khusus digunakan untuk mengawal lompatan belalang Ia boleh membuat belalang melompat lebih daripada 20 kali dalam lebih daripada 10 minit!

Untuk serangga terbang, lebih ringan peralatan di belakang anda, lebih baik. Para saintis menemui dua bateri syiling 8mAh ultra-ringan untuk robot rama-rama, dengan jumlah berat hanya 120mg. Kemudian mereka menggantikannya dengan bateri polimer litium 3.6V, 8.5mAh, yang beratnya hanya 300mg. Bateri ringan sebegini membolehkan robot rama-rama terbang dengan lebih gembira dan bekerja secara berterusan selama lebih daripada 5 jam

Kecuali robot serangga, mereka tidak menyelamatkan hidupan laut.

Sepasukan juga telah membangunkan robot obor-obor yang menggunakan bateri polimer litium 10mAh. Pengawal mikroelektronik ini adalah seperti peranti kecil mudah alih, serba boleh yang boleh membuat obor-obor bergerak pada bila-bila masa.

Sebaliknya, haiwan vertebrata seperti tikus, ikan atau merpati tidak begitu memilih tentang berat bateri, jadi para saintis memberi lebih perhatian kepada prestasi keseluruhan bateri pada masa ini. Bateri yang paling biasa digunakan di sini ialah bateri polimer litium Contohnya, robot tetikus menggunakan dua bateri polimer litium 120mAh untuk membekalkan kuasa untuk kamera mini dan komponen elektronik yang dibawa oleh tetikus, supaya tetikus dapat melarikan diri dari labirin dengan lancar. Terdapat juga sistem kawalan navigasi burung merpati yang dikuasakan oleh bateri polimer litium 3.7V, 120mAh.

Sel suria ialah peranti yang menggunakan tenaga suria untuk bertukar kepada tenaga elektrik. Ia membolehkan penggunaan tenaga mampan dengan menukar cahaya matahari kepada arus elektrik. Sel suria biasanya terdiri daripada berbilang sel fotovoltaik yang menyerap cahaya matahari dan menjana aliran elektron. Aliran elektron ini diangkut melalui wayar dan akhirnya ditukar kepada elektrik yang boleh digunakan. Sel suria boleh digunakan secara meluas dalam isi rumah, industri, pertanian dan bidang lain untuk menyediakan sumber tenaga yang bersih dan boleh diperbaharui kepada orang ramai. Apabila teknologi berkembang, kecekapan dan kos sel suria terus bertambah baik, menjadikan tenaga suria sebagai pilihan tenaga yang berdaya maju dan mampan

Pada masa iniseseorang menggunakan cip solar 25mm² dengan jisim 63mg untuk menggerakkan robot rama-rama Prinsip kerjanya sangat serupa dengan bateri, voltannya ialah 4V. Di bawah cahaya semula jadi, sel solar boleh menghasilkan output stabil hampir 200 μW, tetapi di bawah keadaan pencahayaan buatan atau teduh, output mungkin serendah 4 μW.

Namun, serangga tidak akan tinggal di bawah sinar matahari untuk mengecas semula bateri, jadi para penyelidik memasang pagar maya untuk lipas untuk "melukis tanah sebagai penjara" dan membiarkannya tinggal di kawasan berhampiran sumber cahaya sehingga ia sepenuhnya dikenakan bayaran. Kajian eksperimen telah menunjukkan bahawa bateri

20mA boleh dicas sepenuhnya dalam masa 2 jam di bawah cahaya matahari langsung dan meresap, LED putih terfokus atau lampu pada jarak 8cm.

Sel solar tidak berfungsi dengan baik apabila terdedah kepada pengaruh persekitaran. Bagi robot serangga yang suka bersembunyi di tempat gelap, penggunaan sel solar adalah lebih terhad

Sel biofuel ialah peranti yang menggunakan bahan biojisim sebagai bahan api dan menukarkannya kepada tenaga elektrik. Ia menggunakan sumber biojisim, seperti sisa tanaman, sisa dan minyak sayuran, untuk menjana elektrik melalui tindak balas kimia. Sel biofuel boleh diperbaharui, rendah pelepasan dan kecekapan tinggi, dan digunakan secara meluas dalam bidang tenaga. Ia dianggap sebagai penyelesaian tenaga mesra alam dan mampan yang dijangka menggantikan sel bahan api tradisional pada masa hadapan

Beberapa kaedah bekalan kuasa seterusnya semuanya

"bulu berasal dari biri-biri", iaitu tenaga disediakan melalui haiwan itu sendiri. Contohnya, Sel biofuel menukarkan tenaga kimia dalam organisma hidup kepada tenaga elektrik.

Sel biofuel terbahagi kepada

sel bahan api mikroba dan sel bahan api enzim Sel biofuel enzim (EBFC) menggunakan enzim sebagai pemangkin untuk mengoksidakan glukosa dalam badan dan dianggap sebagai bateri yang paling sesuai untuk implantasi ke dalam organisma hidup. Namun, bateri jenis ini lebih sesuai untuk haiwan yang lebih besar, seperti tikus, arnab, burung merpati dan lain-lain, tetapi tidak sesuai untuk digunakan pada serangga. Menggunakan glukosa dan oksigen dalam badan merpati, kuasa sel biofuel ialah 0.12 mW di luar badan dan 0.08 mW di dalam badan. Dengan menggunakan litar bersepadu pengurusan kuasa, tenaga yang cukup boleh dituai pada 28.4 mJ dalam masa 10 minit.

Berbanding dengan bateri kimia biasa,

Kelebihan sel biofuel ialah bahan tindak balas kimia yang diperlukannya datang daripada cecair badan haiwan, jadi ia boleh diisi semula secara berterusan, membolehkan bateri berfungsi secara berterusan dan secara teori boleh berjalan tanpa had. Tetapi sebenarnya, hayat perkhidmatan bateri jenis ini sangat singkat, dan ketumpatan tenaga agak rendah Oleh itu, ramai penyelidik meletakkan harapan mereka untuk menggunakan bahan nano untuk membuat sel bahan api. ▍Peralatan pengumpulan tenaga bioterma

Haba badan haiwan juga boleh digunakan untuk menggerakkan peranti elektronik. Tetapi pada masa ini ini digunakan terutamanya pada manusia. Untuk mencipta peranti elektronik boleh pakai yang boleh menjana kuasa sendiri, para saintis telah mengkaji pelbagai jenis peranti penukaran termoelektrik,

Peranti ini boleh menukar haba badan kita kepada tenaga elektrik.

Memandangkan kemudahalihan peranti boleh pakai,

para saintis telah menjalankan penyelidikan dalam banyak aspek, seperti cara menggunakan perbezaan suhu untuk menjana elektrik, cara mengoptimumkan bahagian sejuk dan panas peranti penukaran termoelektrik, cara membuat bahan dan peranti lebih fleksibel , dan Bagaimana untuk mengoptimumkan pelbagai ciri daripada dua dimensi kepada tiga dimensi.

Bagi haiwan, Seseorang memasang penuai tenaga termoelektrik pada leher biri-biri, dan kuasa output purata maksimumnya boleh mencapai 173 mikrowatt. Juga saintis telah mereka bentuk penuai tenaga termoelektrik kecil yang boleh ditanam dalam kumbang. Bahan termokopel pengumpul ini ialah Bi2Te3/Sb2Te3, yang boleh diletakkan di bahagian belakang kumbang dalam peringkat larvanya. Hujung sejuk pengumpul ini terdedah kepada udara, yang menghasilkan perbezaan suhu, dan kedua-dua termokopel dan hujung sejuk dilekatkan pada substrat polimer yang fleksibel. Penuai ini boleh mencapai ketumpatan kuasa keluaran 10 mikrowatt setiap sentimeter persegi pada perbezaan suhu 11°C.

Secara umumnya, penuai tenaga bioterma sangat cekap dan mesra alam, tetapi prinsip kerjanya mempunyai beberapa batasan Hanya apabila terdapat perbezaan suhu yang mencukupi boleh lebih banyak tenaga elektrik dijana. Oleh itu, ketumpatan kuasa pengumpul jenis ini agak rendah dan sukar untuk memenuhi keperluan bekalan kuasa yang lebih tinggi.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, penyelidik telah menjalankan penyelidikan dalam banyak aspek, seperti mereka bentuk dan mensintesis beberapa bahan baharu, dan juga mereka bentuk beberapa struktur mikro-nano untuk meningkatkan kecekapan pengumpul. Tujuan kajian ini adalah untuk mencipta penuai tenaga biotermoelektrik kepadatan kuasa yang lebih cekap dan lebih tinggi.

Penuai tenaga getaran biologi ialah alat yang boleh menuai tenaga daripada getaran organisma hidup

Haiwan menghasilkan getaran apabila bergerak, yang juga boleh digunakan untuk memberikan kuasa. Mekanisme penukaran getaran-elektrik yang paling banyak dikaji adalah berdasarkan penukaran piezoelektrik, elektromagnet dan elektrostatik. Pengumpul getaran digunakan pada ikan, merpati, burung pegar dan zirafah, malah seseorang telah membangunkan nanogenerator geseran beg udara yang ditutup dengan salutan antibakteria untuk menggerakkan robot ikan. Penjana nano menjana kuasa puncak 0.74 miliwatt setiap kali ekor ikan berayun, dan voltannya mencerminkan gelagat ekor ikan dalam masa nyata.

Penuai tenaga getaran biologi pada masa ini masih mempunyai beberapa masalah, seperti kecekapan penukaran tenaga yang rendah, ketumpatan kuasa rendah, lebar jalur frekuensi sempit dan pengecilan dan penyepaduan yang tidak mencukupi. Bagi menambah baik masalah ini, penyelidik menjalankan penyelidikan dari pelbagai aspek, seperti teknologi bahan komposit, mekanisme penukaran tenaga hibrid, struktur berbilang stabil dan struktur penukaran naik frekuensi.

Ringkasnya, sistem tenaga robot biohibrid telah menarik perhatian ramai penyelidik, kerana ia menentukan sama ada robot biohibrid boleh berkembang dengan lancar pada masa hadapan. Tenaga yang digunakan pada masa ini adalah terutamanya bateri kimia, yang boleh memberikan kuasa yang stabil. Tetapi bateri kimia juga mempunyai beberapa masalah, seperti berat berat, isipadu yang besar dan ketumpatan tenaga yang tidak mencukupi. Tetapi yang lebih penting, bagaimana untuk menjadikan bekalan tenaga robot biohibrid bertahan lebih lama untuk mengelak menjejaskan operasi normal robot akibat penukaran atau pengecasan bateri.

Untuk menyelesaikan masalah ini, penyelidik sedang mengkaji peranti berkuasa sendiri yang boleh menggunakan tenaga suria, biotenaga, tenaga bioterma dan tenaga biovibrasi. Masih terdapat beberapa masalah dengan peranti berkuasa sendiri yang sedang dikaji, seperti kecekapan penukaran rendah, kuasa keluaran kecil, bekalan tenaga tidak stabil dan keserasian yang lemah dengan pembawa biologi. Pada masa hadapan, penyelidik perlu menyelesaikan masalah ini dan membangunkan peranti bekalan tenaga yang lebih cekap, tahan lama dan ringan supaya robot biohibrid dapat memberi perkhidmatan yang lebih baik kepada manusia.

Atas ialah kandungan terperinci Ringkasan: Kajian lengkap skim bekalan kuasa untuk robot biohibrid yang diterokai oleh pasukan BIT. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!