金属吃掉的机器人可以在没有计算机或电池的情况下跟随金属路径

最近开发的一种“金属吃掉”的机器人可以在没有计算机或电池的情况下跟随金属路径。机器人可以自主地导航到铝表面，并避开危险，得益于电源单元被连接到相反侧的轮子上。

电池是机器人领域的一个主要障碍。电池的能量越多，重量就越大。这意味着机器人需要更多的能量来移动，而像太阳能板这样的电源在某些应用中很有用，但需要一种更一致、更快速、更可持续的方式。

詹姆斯·皮库尔（James Pikul）是宾夕法尼亚大学工程学院机械工程和应用力学系的助理教授。他目前正在通过依赖环境控制电压源（ECVS）而不是电池来开发新技术。

ECVS通过破坏和形成化学键产生能量，并且可以通过在机器人环境中找到化学键来降低重量。ECVS单元在接触到金属表面时会与周围空气发生氧化反应，这就是为机器人提供能量的来源。

皮库尔从自然界中汲取灵感，特别是研究动物如何通过食物的形式形成化学键作为能量来源。即使没有“大脑”，这些新型ECVS驱动的机器人也在寻找它们的食物来源。

该研究发表在高级智能系统期刊上。

皮库尔与实验室成员闵王（Min Wang）和岳高（Yue Gao）合作，展示了ECVS驱动的机器人如何在没有计算机的情况下导航环境。机器人的左、右轮子由不同的ECVS单元提供动力，展示了基本的导航和觅食能力，因为机器人会自动向金属表面移动并“吃掉”它们。

研究不仅仅停留在这里，还展示了如何在没有中央处理器的情况下实现更复杂的行为。机器人可以根据其食物来源执行不同的逻辑操作，这是通过具有不同空间和顺序排列的ECVS单元来实现的。

“细菌可以通过一种叫做趋化性的过程自主地导航到营养物质，因为它们可以感知和响应化学浓度的变化，”皮库尔说。“小型机器人与微生物有类似的约束，因为它们不能携带大型电池或复杂的计算机，所以我们想探索我们的ECVS技术如何复制这种行为。”

测试机器人

研究人员通过将机器人放在可以为其ECVS单元提供动力的铝表面上进行了测试，然后添加了“危险”以破坏机器人与金属之间的接触。在实验中，ECVS单元能够移动机器人并导航到能量丰富的来源。

“在某种程度上，”皮库尔说，“它们就像舌头一样，因为它们既可以感知又可以帮助消化能量。”

研究团队使用的危险之一是绝缘胶带的曲线路径，通过将ECVS单元连接到相反侧的轮子上，机器人可以自主地跟随金属车道。例如，如果车道向左弯曲，右侧的ECVS单元将首先失去动力，这会导致机器人的左轮减速并远离危险。

研究人员还使用了粘稠的绝缘凝胶作为危险，机器人可以在行驶时慢慢清除它。随着研究人员了解ECVS可以感知什么，机器人的设计可以得到改进，并将这些功能融入其中。

“将ECVS单元连接到相反的电机上可以让机器人避开不喜欢的表面，”皮库尔说。“但是，当ECVS单元与两个电机并联时，它们就像一个‘或’门，因为它们会忽略在单个电源下发生的化学或物理变化。”

“我们可以使用这种连接来匹配生物偏好，”他说。“能够区分危险的环境和需要避开的环境，以及不便但可以通过的环境是很重要的。”

随着ECVS技术的发展，自主和无计算机的机器人将能够执行更复杂的行为，周围环境将在ECVS设计中发挥重要作用。例如，可以开发出微小的机器人来导航危险和狭窄的环境。

“如果我们有不同的ECVS适应不同的化学性质，我们可以制造出机器人，避开危险的表面，但可以突破阻碍目标的表面，”皮库尔说。