Forskere skaber selvdrivende, vandbaseret robot, der kører uden elektricitet

Forskere ved Department of Energy’s Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) og University of Massachusetts Amherst har udviklet den første selvdrivende, vandbaserede robot, der kan køre kontinuerligt uden elektricitet. 

Forskningen er offentliggjort i tidsskriftet Nature Chemistry.

“Vand-gående” robotter

Disse “vand-gående” flydende robotter kan dykke ned under vandet for at hente værdifulde kemikalier, før de kommer op til overfladen igen for at levere dem gentagne gange. 

Dette er den første teknologi af sin art, der kan køre kontinuerligt uden elektrisk indput. Den kunne potentielt bruges som et automatiseret kemisk syntese- eller lægemiddelleveringssystem til farmaceutiske formål.

Tom Russell er hovedforfatter på forskningen, en gæsteforsker og professor i polymervidenskab og -teknologi fra University of Massachusetts Amherst. Han leder programmet Adaptive Interfacial Assemblies Towards Structuring Liquids i Berkeley Lab’s Materials Sciences Division.

“Vi har brudt en barriere i designet af et flydende robot-system, der kan operere selvstændigt ved at bruge kemi til at kontrollere et objekts opdrift,” sagde Russell.

Ifølge Russell hjælper teknologien betydeligt med at udvikle “liquibots”, der er en familie af robotenheder. Tidligere har forskere demonstreret, at disse liquibots kan udføre en opgave selvstændigt, men kun én gang. Andre kan udføre en opgave kontinuerligt, men de kræver elektricitet for at fungere.

“Vi behøver ikke at give elektrisk energi, fordi vores liquibots får deres kraft eller ‘føde’ kemisk fra den omgivende medium,” sagde Russell.

At køre eksperimenterne

Russell og første forfatter Ganhua Xie kørte en række eksperimenter i Berkeley Lab’s Material Sciences Division. Xie er en tidligere postdoc-forsker på Berkeley Lab og nu professor på Hunan University i Kina. 

Gennem disse eksperimenter fandt parret ud af, at “at fodre” liquibots med salt gør dem tungere eller tættere end den flydende opløsning, der omgiver dem.

Medforfatterne Paul Ashby og Brett Helms på Berkeley Lab’s Molecular Foundry udførte yderligere eksperimenter, der demonstrerede, hvordan liquibots transporterer kemikalier frem og tilbage.

Liquibots er kun 2 millimeter i diameter, og da de er tættere end opløsningen, samler de sig i midten af den og fylder op med udvalgte kemikalier. Dette resulterer i en reaktion, der genererer iltbobler, der løfter liquibot op til overfladen. En anden reaktion finder sted, der trækker liquibots til kanten af beholderen, hvor de kan losse deres last.

Denne proces gentager sig igen og igen.

Liquibots kunne udføre en række opgaver samtidigt afhængigt af deres sammensætning. Mens nogle kunne detektere forskellige typer gas i miljøet, kunne andre reagere på bestemte typer kemikalier. 

Ud over disse anvendelser kunne liquibots også muliggøre selvstændige, kontinuerlige robot-systemer, der anvendes i lægemiddelforskning eller lægemiddelsyntese.

Holdet vil nu se på at skala op teknologien til større systemer, mens de udforsker, hvordan de kan få den til at fungere på faste overflader.