I robot untethered soffrono di un problema di resistenza. Una possibile soluzione:un liquido circolante - "sangue robotico" - per immagazzinare energia e alimentare le sue applicazioni per sofisticate, compiti di lunga durata.

Gli esseri umani e altri organismi complessi gestiscono la vita attraverso sistemi integrati. Gli esseri umani immagazzinano energia nelle riserve di grasso sparse in tutto il corpo, e un intricato sistema circolatorio trasporta ossigeno e sostanze nutritive per alimentare trilioni di cellule.

Ma apri il cofano di un robot slegato e le cose sono molto più segmentate:qui c'è la batteria solida e là ci sono i motori, con sistemi di raffreddamento e altri componenti sparsi ovunque.

I ricercatori della Cornell hanno creato un sistema vascolare sintetico in grado di pompare un liquido idraulico denso di energia che immagazzina energia, trasmette forza, opera appendici e fornisce struttura, il tutto in un design integrato.

"In natura vediamo per quanto tempo gli organismi possono operare mentre svolgono compiti sofisticati. I robot non possono eseguire imprese simili per molto tempo, "ha detto Rob Shepherd, professore associato di ingegneria meccanica e aerospaziale. "Il nostro approccio bio-ispirato può aumentare notevolmente la densità energetica del sistema, consentendo allo stesso tempo ai robot morbidi di rimanere mobili molto più a lungo".

Pastore, direttore del Laboratorio di Robotica Organica, è autore senior di "Electrolytic Vascular Systems for Energy Dense Robots, " che ha pubblicato il 19 giugno in Natura . Il dottorando Cameron Aubin è l'autore principale.

Gli ingegneri si affidano alle batterie agli ioni di litio per il loro denso potenziale di accumulo di energia. Ma le batterie solide sono ingombranti e presentano vincoli di progettazione. In alternativa, Le batterie a flusso redox (RFB) si basano su un anodo solido e su un catolita altamente solubile per funzionare. I componenti disciolti immagazzinano energia fino a quando non viene rilasciata in una riduzione chimica e ossidazione, o redox, reazione.

I robot morbidi sono per lo più fluidi:fino a circa il 90% di fluido in volume, e molte volte usano liquido idraulico. L'utilizzo di quel fluido per immagazzinare energia offre la possibilità di una maggiore densità di energia senza aggiungere peso.

I ricercatori hanno testato il concetto creando un morbido robot acquatico ispirato a un pesce leone, progettato dal co-autore James Pikul, un ex ricercatore post-dottorato ora assistente professore presso l'Università della Pennsylvania. Il pesce leone usa pinne a ventaglio ondulate per planare attraverso gli ambienti della barriera corallina (in un sacrificio alla verosimiglianza, i ricercatori hanno scelto di non aggiungere pinne velenose come le controparti viventi dei robot).

La pelle di silicone all'esterno e gli elettrodi flessibili e una membrana separatrice di ioni all'interno consentono al robot di piegarsi e flettersi. Le batterie interconnesse di celle a flusso allo ioduro di zinco alimentano le pompe e l'elettronica di bordo attraverso reazioni elettrochimiche. I ricercatori hanno raggiunto una densità di energia pari a circa la metà di quella di una batteria agli ioni di litio Tesla Model S.

Il robot nuota sfruttando la potenza trasmessa alle pinne dal pompaggio della batteria della cella a flusso. Il progetto iniziale forniva energia sufficiente per nuotare controcorrente per più di 36 ore.

L'attuale tecnologia RFB viene generalmente utilizzata in grandi, applicazioni fisse, come immagazzinare energia da fonti eoliche e solari. Il design RFB ha storicamente sofferto di bassa densità di potenza e tensione operativa. I ricercatori hanno superato questi problemi collegando in serie le celle della batteria della ventola, e densità di potenza massimizzata distribuendo elettrodi in tutte le aree delle alette.

"Vogliamo prendere tanti componenti in un robot e trasformarli nel sistema energetico. Se hai già liquidi idraulici nel tuo robot, quindi puoi attingere a grandi riserve di energia e dare ai robot una maggiore libertà di operare in modo autonomo, " disse Pastore.

I soft robot subacquei offrono allettanti possibilità di ricerca ed esplorazione. Poiché i robot acquatici morbidi sono supportati dalla galleggiabilità, non richiedono un esoscheletro o un endoscheletro per mantenere la struttura. Progettando fonti di energia che diano ai robot la capacità di funzionare per periodi di tempo più lunghi, Shepherd pensa che presto i robot autonomi potrebbero vagare per gli oceani della Terra in missioni scientifiche vitali e per compiti ambientali delicati come il campionamento delle barriere coralline. Questi dispositivi potrebbero anche essere inviati a mondi extraterrestri per missioni di ricognizione sottomarina.