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即使没有大脑,饮食机器人也可以搜索食物

经过|4月1日,2021年

“金属饮食”机器人可以遵循金属路径而不使用计算机或需要电池。

在为移动机器人供电时,电池提出了一个有问题的悖论:它们包含的能量越多,它们的重量就越大,因此机器人需要更多的能量来移动。像太阳能电池板这样的能源收集器可能在某些应用中行得通,但它们不能为持续的旅行提供足够快或持续的电力。

宾夕法尼亚州机械工程系和应用力学系助理教授James Pikul正在开发拥有世界上最好的机器人动力技术。他的环保电压源或ECV(如电池)工作,因为通过反复破碎和形成化学键,因此通过在机器人环境中找到这些化学键,如收割机,因此通过在收割机上找到重量悖论来产生能量。在与金属表面接触时,ECVS单元催化与周围空气的氧化反应,用释放电子向机器人提供动力。

Pikul的方法受到动物如何通过觅食的化学键来动力的灵感。和一个简单的有机体,这些ECVS动力的机器人现在能够寻找自己的食物来源,尽管缺乏“大脑”。

在作为编辑选择文章的新研究中先进的智能系统Pikul和实验室成员Wang Min、Gao Yue展示了一个轮式机器人,它可以在没有电脑的情况下在环境中导航。机器人的左右轮由不同的ECVS单元驱动,它们显示了基本的导航和觅食方式,机器人可以自动转向它可以“吃”的金属表面。

他们的研究还概述了在没有中央处理器的情况下可以实现的更复杂的行为。通过对ECVS单元的不同空间和顺序安排,机器人可以根据食物源的存在或不存在执行各种逻辑操作。

“细菌能够通过一种叫做趋化的过程自主导航到营养物质,在这个过程中,它们感知并对化学浓度的变化做出反应,”Pikul说。“小型机器人对微生物也有类似的限制,因为它们不能携带大电池或复杂的计算机,所以我们想探索我们的ECVS技术如何复制这种行为。”

在研究人员的实验中,他们将机器人放置在能够为ECVS单元供电的铝制表面上。通过添加防止机器人与金属接触的“危险”,他们展示了ECVS单元如何让机器人移动并导航到更富能量的资源。

“在某些方面,”Pikul说:“他们就像一个舌头,因为他们都是有道感和帮助消化能量。”

一种危险是绝缘带的弯曲路径。研究人员表明,如果其EVCS单元连接到在另一侧的轮子上,机器人将自动遵循两条磁带之间的金属通道。例如,如果车道弯曲到左侧,例如,机器人右侧的ECVS将首先开始失去功率,减慢机器人的左轮并导致它转向危险。

另一个危险采用粘性绝缘凝胶的形式,该机器人可以通过驱动它逐渐擦拭。由于凝胶的厚度与机器人的ECVS单元可以从其下面的金属汲取的电量直接相关,因此研究人员能够表明机器人的转向半径对该环境信号的转弯半径响应。

通过了解CUES ECVS单位的类型可以接收,研究人员可以设计将它们结合到机器人设计中的不同方式,以便实现所需的导航类型。

Pikul说:“将ECVS单元连接到相反的发动机上,可以让机器人避开它们不喜欢的表面。”“但当ECVS单元平行于两个电机时,它们就像一个‘OR’门一样运行,忽略了仅在一个电源下发生的化学或物理变化。”

他说:“我们可以用这种布线来匹配生物偏好。”“重要的是,能够区分哪些环境是危险的、需要避免的,哪些环境是不方便的、必要时可以通过的。”

随着ECVS技术的发展,它们可用于在自主,无电子机器人中编程更复杂和响应的行为。通过将ECVS设计与机器人所需的环境相匹配,Pikul设想了通过瓦砾或其他危险环境爬行的微小机器人,在保留自己的同时将传感器变为关键位置。

“如果我们有不同的ECV,可以调整到不同的化学物质,我们可以拥有机器人,避免危险的表面,而是通过妨碍客观方式的电力,”Pikul说。

参考:闵王,岳高,詹姆斯H. Pikul,使用电趋化性的无电脑自主导航和发电,先进的智能系统(2021)。DOI:10.1002 / AISY.202000255

由宾州工程学院提供的新闻稿