Diese Geschichte beginnt Tausende von Metern in der Luft mit Zugvögeln und endet mit einem Roboterfisch, der durch das Wasser schwimmt. Um sich auf ihre Reisen vorzubereiten, mästen Vögel viel, verdoppeln vielleicht ihr Gewicht und verwandeln sich im Wesentlichen in gefiederte Batterien. Über viele Tage und viele Kilometer verbrennen sie diese Energiereserven, um ihre Flügel anzutreiben und sich vor Hunger und Frost zu schützen. Schließlich erreichen sie abgemagert ihre Ziele.
Eine gute Idee - Gedankeningenieure aus Cornell und der University of Pennsylvania - für ein neues Energiesystem für Maschinen. Es brachte sie zum Nachdenken: Fett ist eine coole Batterie, aber nicht unbedingt machbar, um sie in einem Roboter zu replizieren. Aber Blut? Beim Menschen verteilt das Blut Sauerstoff und Energie für die Zellen im ganzen Körper. Und Flüssigkeit in Form von Hydraulik treibt bereits einige Roboter an. Warum also nicht diese Flüssigkeit modifizieren, um Energie zu transportieren, während unser Blut unsere eigenen Muskeln antreibt?
Matt Simon befasst sich mit Cannabis, Robotern und Klimawissenschaften für WIRED.
Sie sind nicht auf einem Robotervogel gelandet (viel zu kompliziert und energieintensiv), sondern auf einem Roboterlöwenfisch, der ein rudimentäres Gefäßsystem und „Blut“verwendet, um sich selbst mit Energie zu versorgen und seine Flossen hydraulisch anzutreiben. Diese Technologie steckt noch in den Anfängen - und dieser Fisch ist in der Tat äußerst langsam -, aber vielleicht könnten einige Maschinen von morgen klobige Batterien und Drähte entsorgen und sich selbst wie biologische Organismen antreiben. Denken Sie, Maschinen sind eher wie Zylonen als wie Toaster.
Die Roboter von heute sind hartnäckig segmentiert. Sie haben eine Lithium-Ionen-Batterie, die Energie über Drähte an Motoren in den Gliedmaßen verteilt, sogenannte Aktuatoren. Dieser neue Roboter-Feuerfisch hat zwar Batterien, die jedoch über den gesamten Körper verteilt sind und mit zwei Pumpen zusammenarbeiten - eine für die Versorgung der Brustflossen und die andere für den Schwanz. Zusammen wirken Batterien und Pumpen eher wie biologische Herzen als wie Lithiumionen in einem herkömmlichen Roboter.
Die erste Komponente ist das „Blut“, im Wesentlichen eine geladene Hydraulikflüssigkeit mit gelösten Ionen, die ein chemisches Potenzial für die Stromversorgung der Elektronik bietet. „Hydraulikflüssigkeit überträgt Kraft und nur Kraft“, sagt der Cornell-Roboter Robert Shepherd, Mitautor eines neuen Artikels in Nature, der das System beschreibt. "In unserer Flüssigkeit übertragen wir Kraft und wir übertragen elektrische Energie."
Diese geladene Flüssigkeit fließt durch Batteriezellen im Bauch und in den Flossen des Fisches. Jede Zelle hat zwei gegenüberliegende Metallteile: eine Kathode und eine Anode. Wenn das Fluid an diesen vorbeiströmt, entsteht ein Ladungsungleichgewicht oder eine Spannung, die bewirkt, dass Elektronen durch die Elektronik fließen, die die beiden Pumpen antreibt. Diese wiederum halten die Flüssigkeit am Pumpen. Schließlich sterben die Batteriezellen, da die Flüssigkeit Ionen verliert und die Flüssigkeit aufhört zu zirkulieren. An diesem Punkt können Sie die Flüssigkeit aufladen, um den Fisch am Laufen zu halten. "Sie könnten die Flüssigkeit tatsächlich ablassen und mehr geladene Flüssigkeit injizieren", sagt Shepherd.
So regt die Flüssigkeit den Fisch an. Es wirkt aber auch wie eine herkömmliche Hydraulikflüssigkeit, da es die Kraft im Schwanz und in den Brustflossen überträgt. Wenn die Pumpen die Flüssigkeit zu den Rippen drücken, beugen sie sich vor und zurück, um den Roboter anzutreiben. Die Brustflossen steuern den Fisch in gleicher Weise nach links und rechts.
Dabei bewegt sich der Roboter nicht besonders schnell: Der Fisch kann ungefähr eineinhalb Körperlängen pro Minute zurücklegen. "Es würde definitiv gegessen werden, wenn es im Meer wäre", sagt Shepherd.
Die Geschwindigkeit des Roboters wird sich jedoch nur verbessern, da Shepherd und sein Team die Oberfläche der Anoden und Kathoden vergrößern können, um die Leistungsdichte zu verbessern. Anders als bei einem herkömmlichen Roboter mit festem Körper können sie diese Batteriezellen überall verstopfen und den weichen Formfaktor des Roboters an die zusätzlichen Komponenten anpassen. Auf diese Weise bauen Sie ein erweitertes Roboter-Kreislaufsystem auf - Pumpen und Batterien, die den Roboter mit Flüssigkeit versorgen.
Dieses System weist einige erhebliche Einschränkungen auf, insbesondere im Hinblick auf den fortgeschrittenen Stand der Lithium-Ionen-Technologie. „Die Leistungsdichte ist in der Darstellung um das 30- bis 150-fache geringer als in der Leistung eines Lithium-Ionen-Akkus“, sagt Robert Katzschmann, Roboter von MIT CSAIL, dessen eigener Roboterfisch ein traditionelles Lithium-Ion verwendet. Das heißt, Katzschmanns Roboter kann sich 20 Mal schneller bewegen als dieser neue Fisch.
