Metal-spisende robot kan følge metalvej uden computer eller batteri

En nyligt udviklet ‘metal-spisende’ robot kan følge en metalvej uden behov for en computer eller batteri. Robotten kan autonomt navigere mod aluminiumsoverflader og væk fra farer takket være strømforsyningsenhederne, der er forbundet til hjulene på den modsatte side.

Batterier er en af de største barrierer inden for robotteknologi. Jo mere energi de har, jo tungere er de. Denne vægt betyder, at robotten også skal have mere energi for at kunne bevæge sig, og selvom nogle strømkilder som solceller er nyttige i visse anvendelser, er der behov for en mere konsekvent, hurtig og bæredygtig måde.

James Pikul er adjunkt i Penn Engineerings afdeling for mekanisk ingeniørvidenskab og anvendt mekanik. Han udvikler i øjeblikket den nye teknologi ved at benytte en miljøkontrolleret spændingskilde, eller ECVS, i stedet for et batteri.

Med en ECVS produceres energi ved at bryde og danne kemiske bindinger, og den kan holde vægten nede ved at finde kemiske bindinger i robottens omgivelser. ECVS-enheten katalyserer en oxidationsreaktion med den omgivende luft, når den kommer i kontakt med en metaloverflade, og det er dette, der driver robotten.

Pikul fik inspiration fra naturen, specifikt ved at se, hvordan dyr danner kemiske bindinger i form af mad som en kilde til energi. Selv uden en “hjerne” søger disse nye ECVS-drevne robotter også efter deres fødekilde.

Den nye studie blev offentliggjort i Advanced Intelligent Systems. 

Pikul blev sammen med laboratorie-medlemmerne Min Wang og Yue Gao, og holdet demonstrerede, hvordan ECVS-drevne robotter kunne navigere i omgivelserne uden behov for en computer. Robottens venstre og højre hjul er drevet af forskellige ECVS-enheder, og de demonstrerer grundlæggende navigation og foragingsevner, da robotten automatisk bevæger sig mod og “spiser” metaloverflader.

Studiet standsede ikke bare der, men demonstrerede også, hvordan mere kompliceret adfærd kunne opnås uden en central processor. Robotten kan udføre forskellige logiske operationer afhængigt af dens fødekilde, hvilket opnås ved at have forskellige rumlige og sekventielle arrangementer af ECVS-enhederne.

“Bakterier kan autonomt navigere mod næringsstoffer gennem en proces kaldet kemotaksi, hvor de sanser og reagerer på ændringer i kemiske koncentrationer,” siger Pikul. “Små robotter har lignende begrænsninger som mikroorganismer, da de ikke kan bære store batterier eller komplicerede computere, så vi ønskede at udforske, hvordan vores ECVS-teknologi kunne replikere den slags adfærd.”

Test af robotten

Forskerne testede den nye robot ved at placere den på en aluminiumsoverflade, der kan give strøm til dens ECVS-enheder, og de tilføjede derefter “farer”, der ville bryde kontakten mellem robotten og metallet. I eksperimenterne kunne ECVS-enhederne flytte robotten og navigere den mod energirige kilder.

“På visse måder,” siger Pikul, “er de som en tungesans, der både sanser og hjælper med at fordøje energi.”

En af farerne, som holdet brugte, var en kurvet sti af isoleringsbånd, og ved at forbinde ECVS-enhederne til hjulene på den modsatte side, kunne robotten autonomt følge metalbanen mellem to linjer af bånd. For eksempel ville ECVS’en på højre side tabe strøm først, hvis banen kurvede til venstre, hvilket fik robottens venstre hjul til at sænke farten og bevæge sig væk fra faren.

Holdet brugte også en viskøs isoleringsgel som en fare, og robotten kunne langsomt fjerne den, mens den kørte over den. Designet af robotten kan nu forbedres, da forskerne lærer, hvad ECVS kan opsamle, og disse kan indarbejdes i designet af den.

“At forbinde ECVS-enhederne til modsatte motorer giver robotten mulighed for at undgå overflader, den ikke kan lide,” siger Pikul. “Men når ECVS-enhederne er i parallel til begge motorer, fungerer de som en ‘OR-port’, så de ignorerer kemiske eller fysiske ændringer, der sker under kun en strømkilde.”

“Vi kan bruge denne type forbindelse til at matche biologiske præferencer,” siger han. “Det er vigtigt at kunne skelne mellem omgivelser, der er farlige og skal undgås, og dem, der bare er ulempefulde og kan passeres, hvis det er nødvendigt.”

Autonome og computerløse robotter vil kunne udføre mere komplekse adfærd, når ECVS-teknologien udvikles, og omgivelserne vil spille en stor rolle i ECVS-designet. For eksempel kunne små robotter udvikles til at navigere i farlige og snævre omgivelser.

“Hvis vi har forskellige ECVS, der er indstillet til forskellige kemier, kan vi have robotter, der undgår overflader, der er farlige, men giver strøm til dem, der står i vejen for et mål,” siger Pikul.