Robot Ăn Kim Loại Có Thể Theo Dõi Đường Đi Kim Loại Không Cần Máy Tính Hay Pin

Một con robot ‘ăn kim loại’ mới được phát triển có thể theo dõi một đường đi kim loại mà không cần máy tính hoặc pin. Con robot có thể tự động điều hướng về phía bề mặt nhôm và tránh các nguy hiểm nhờ các đơn vị cung cấp năng lượng được kết nối với bánh xe ở phía đối diện.

Pin là một trong những rào cản chính trong lĩnh vực robot. Pin càng có nhiều năng lượng, trọng lượng càng nặng. Trọng lượng này có nghĩa là robot cũng cần có nhiều năng lượng hơn để di chuyển, và trong khi một số nguồn năng lượng như tấm pin mặt trời hữu ích trong một số ứng dụng, thì cần phải có một cách nhất quán, nhanh chóng và bền vững hơn.

James Pikul là giáo sư trợ lý tại Bộ Cơ khí và Cơ học Ứng dụng của Penn Engineering. Ông hiện đang phát triển công nghệ mới này bằng cách dựa vào một nguồn điện áp được kiểm soát môi trường, hoặc ECVS, thay vì pin.

Với ECVS, năng lượng được tạo ra bằng cách phá vỡ và hình thành các liên kết hóa học, và nó có thể giữ trọng lượng xuống bằng cách tìm kiếm các liên kết hóa học trong môi trường của robot. Đơn vị ECVS xúc tác một phản ứng oxy hóa với không khí xung quanh khi nó tiếp xúc với bề mặt kim loại, và đây là điều cung cấp năng lượng cho robot.

Pikul đã tìm cảm hứng từ tự nhiên, đặc biệt là nhìn vào cách động vật tạo ra các liên kết hóa học dưới dạng thức ăn như một nguồn năng lượng. Ngay cả khi không có ‘bộ não’, những con robot mới được cung cấp năng lượng bởi ECVS cũng đang tìm kiếm nguồn thức ăn của chúng.

Nghiên cứu mới được công bố trong Advanced Intelligent Systems.

Pikul được tham gia bởi các thành viên trong phòng thí nghiệm Min Wang và Yue Gao, và nhóm đã chứng minh cách các con robot được cung cấp năng lượng bởi ECVS có thể điều hướng môi trường mà không cần máy tính. Bánh xe trái và phải của robot được cung cấp năng lượng bởi các đơn vị ECVS khác nhau, và chúng thể hiện các khả năng điều hướng và tìm kiếm cơ bản khi robot tự động di chuyển về phía và ‘ăn’ các bề mặt kim loại.

Nghiên cứu không chỉ dừng lại ở đó, mà nó cũng chứng minh cách các hành vi phức tạp hơn có thể được đạt được mà không cần một bộ xử lý trung tâm. Con robot có thể thực hiện các hoạt động logic khác nhau tùy thuộc vào nguồn thức ăn của nó, điều này được đạt được bằng cách có các sắp xếp không gian và tuần tự khác nhau của các đơn vị ECVS.

“Vi khuẩn có thể tự động điều hướng về phía chất dinh dưỡng thông qua một quá trình gọi là hóa hướng, nơi chúng cảm nhận và phản ứng với các thay đổi về nồng độ hóa học,” Pikul nói. “Các con robot nhỏ có các hạn chế tương tự như vi sinh vật, vì chúng không thể mang pin lớn hoặc máy tính phức tạp, vì vậy chúng tôi muốn khám phá cách công nghệ ECVS của chúng tôi có thể sao chép loại hành vi đó.”

Thử nghiệm Robot

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm con robot mới bằng cách đặt nó trên bề mặt nhôm có thể cung cấp năng lượng cho các đơn vị ECVS của nó, và sau đó họ thêm ‘nguy hiểm’ sẽ phá vỡ liên lạc giữa robot và kim loại. Trong các thí nghiệm, các đơn vị ECVS đã có thể di chuyển robot và điều hướng nó về phía các nguồn năng lượng giàu.

“Theo một cách nào đó,” Pikul nói, “chúng giống như một chiếc lưỡi ở chỗ chúng cả cảm nhận và giúp tiêu hóa năng lượng.”

Một trong những nguy hiểm được sử dụng bởi nhóm là một đường cong của băng cách điện, và bằng cách kết nối các đơn vị ECVS với bánh xe ở phía đối diện, con robot có thể tự động theo dõi làn đường kim loại ở giữa hai dòng băng. Ví dụ, ECVS bên phải sẽ mất năng lượng đầu tiên nếu làn đường cong sang trái, điều này khiến bánh xe trái của robot chậm lại và di chuyển tránh nguy hiểm.

Nhóm cũng sử dụng một loại gel cách điện nhớt như một nguy hiểm, và con robot có thể từ từ lau sạch nó trong khi di chuyển trên nó. Thiết kế của con robot có thể được cải tiến khi các nhà nghiên cứu học cách ECVS có thể chọn, và những điều này có thể được kết hợp vào thiết kế của nó.

“Kết nối các đơn vị ECVS với động cơ đối diện cho phép con robot tránh các bề mặt mà chúng không thích,” Pikul nói. “Nhưng khi các đơn vị ECVS được kết nối song song với cả hai động cơ, chúng hoạt động như một ‘cổng OR’, ở chỗ chúng bỏ qua các thay đổi hóa học hoặc vật lý xảy ra dưới một nguồn năng lượng.”

“Chúng tôi có thể sử dụng loại kết nối này để phù hợp với sở thích sinh học,” ông nói. “Điều quan trọng là phải phân biệt giữa các môi trường nguy hiểm và cần tránh, và những môi trường chỉ gây bất tiện và có thể được vượt qua nếu cần.”

Các con robot tự động và không cần máy tính sẽ có thể thực hiện các hành vi phức tạp hơn khi công nghệ ECVS phát triển, và môi trường xung quanh sẽ đóng vai trò quan trọng trong thiết kế ECVS. Ví dụ, các con robot nhỏ có thể được phát triển để điều hướng các môi trường nguy hiểm và chật hẹp.

“Nếu chúng tôi có các ECVS khác nhau được điều chỉnh cho các hóa chất khác nhau, chúng tôi có thể có các con robot tránh các bề mặt nguy hiểm, nhưng cung cấp năng lượng cho các bề mặt đứng ở giữa mục tiêu,” Pikul nói.