Forskere udvikler selvdrivende, vandbaseret robot, der kan køre uden elektricitet

Forskere fra 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 genopstår for at levere dem gentagne gange. 

Dette er den første teknologi af sin art, der kan køre kontinuerligt uden elektrisk input. 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 design af et flydende robotsystem, der kan operere autonomt ved at bruge kemi til at kontrollere et objekts opdrift,” sagde Russell.

Ifølge Russell hjælper teknologien væsentligt med at udvikle “liquibots”, der er en familie af robotenheder. Tidligere har forskere demonstreret, at disse liquibots kan udføre en opgave autonomt, 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 medie,” 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 give” liquibots 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, klumper de i midten af den og fylder op med valgte kemikalier. Dette resulterer i en reaktion, der genererer iltbobler, der løfter liquibot 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 kan udføre en række opgaver samtidigt afhængigt af deres formulering. Mens nogle kan detektere forskellige typer gas i miljøet, kan andre reagere på bestemte typer kemikalier. 

Ud over disse anvendelser kan liquibots også muliggøre autonome, kontinuerlige robotsystemer, der anvendes i lægemiddelforskning eller lægemiddelsyntese.

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