流動著「血液」的機器人

生物的結構非常複雜，我們製造機器人(甚至仿生機器人)時，大多只是盡我們所能來比照動物的功能，而不是結構細節。

一個例外是液壓機器人，其原理類似蜘蛛：通過泵送加壓流體來移動肢體。不過，它更像是一種副產品，而非實際的生物靈感，因為結構最簡陋的蜘蛛也強過機器人，它們的血液除了被當做加壓流體，還能完成血液其他所有的功能，如運輸營養物和氧氣。

根據上周發表在Nature上的一篇論文，來自康奈爾大學和賓夕法尼亞大學的研究人員製造了一種機器魚，它使用人工循環系統泵送合成血液，為肌肉和分散式電源提供液壓動力。他們研發的系統「將液壓傳動、驅動和儲能的功能集成到一個設計里，從幾何意義上提升了機器人的能量密度，延長了運行時間」。聽起來很神奇，不是嗎？

這種魚缺少爆發力，但具有令人印象深刻的持久力，理論上最長開機時間超36小時，同時保持每分鐘前進1.5倍體長的距離。關鍵在於血液，除了為軟質執行器提供液壓動力外，還可作為氧化還原液流電池的組成部分。血液相當於由液態三碘化合物充當的陰極，通過浸沒在電解質中的鋅細胞完成循環。當鋅被氧化時，它釋放電子，為機器魚的微控制器和泵提供動力。動力系統的理論能量密度是每升322瓦時，數據接近特斯拉的鋰離子電池。

機器魚內部包含兩個泵、帶翅片致動器的模製硅樹脂外殼、微控制器、以及柔性電極和包裹在柔軟硅樹脂皮中的陽離子交換膜的合成血管系統。

或許傳統電池的能量密度更高，但如果想轉化為動力，特斯拉必須在電機和電池之間艱難地搬運電荷。使用血液驅動液壓執行器，機械的效率更高。魚內部兩個獨立泵，每個泵能夠將血液從各處儲存器泵送到致動器中(反之也可)。將來自脊背的血液泵入胸鰭，令其像船槳一樣外推，並將血液從尾巴的一側泵送到另一側並循環，產生推動力。

總的來說，這種魚含有約0.2升的血液，分布在整個人造血管系統中；系統的核心設計基於基本的生物結構，類似心臟。魚的其餘部分由結構元素製成，有點像肌肉和軟骨。

儘管如此，機器魚和生物魚，並沒有太多相似之處，而且關於「血液」在機器人技術中的應用，起步已然晚了。

但重點在於，結合驅動、力傳遞和儲能的設計，賦予了機器人顯著的優勢。研究人員表示，還有大量優化的餘地，這將帶來性能和效率方面的提升。

本文譯自 ieee，由譯者 majer 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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