Исследователи из Бингемтонского университета (США) разработали роботизированного клопа водомерку, способного скользить по воде и получать данные об окружающей среде. Инновационная самоподдерживающаяся энергетическая система устройства работает по принципу биологического пищеварения. Подробное описание механизма опубликовано в журнале Advanced Materials Technologies.

Ученые используют биобатареи на основе бактерий — технологию, которая более надежна в неблагоприятных условиях, чем системы на солнечной, кинетической или тепловой энергиях. Технология микробных топливных элементов (МТЭ) позволяет преобразовывать органические материалы, обнаруженные в водной среде, в электричество посредством каталитических окислительно-восстановительных реакций.

Интерфейс Janus (Янус), гидрофильный с одной стороны и гидрофобный с другой, пропускает питательные вещества из воды и удерживает их внутри устройства для подпитки производства бактериальных спор. Механизмы устойчивости робота имитируют строение водомерки, благодаря чему он может перемещаться по водным поверхностям. Робот-клоп подражает движениям насекомого, используя двигатель, работающий на микробном метаболизме.

«Когда среда благоприятна для бактерий, они становятся вегетативными клетками и вырабатывают энергию, но когда условия неблагоприятны — например, очень холодно или нет питательных веществ — они возвращаются в споры. Таким образом, мы можем продлить срок их службы», — рассказал профессор Бингемтонского университета Сокхын Чой.

Исследования показали, что выработка энергии около 1 милливатта достаточна для управления механическим движением робота и датчиками, отслеживающими данные об окружающей среде: температуру воды, уровень загрязнения, движение коммерческих судов и самолетов, а также поведение водных животных. Преимуществом таких мобильных роботов-клопов является возможность отправлять их туда, где они нужны, в отличие от стационарных устройств, прикрепленных к одному месту. 

Следующим шагом в усовершенствовании автономных роботов является поиск бактерий, которые эффективнее всего вырабатывают энергию в неблагоприятных условиях.

«Мы использовали очень распространенные бактериальные клетки, но нам нужно больше узнать, что на самом деле живет в этих областях океана, — пояснил профессор Чой. — Ранее мы продемонстрировали, что сочетание нескольких бактериальных клеток может улучшить устойчивость и мощность робота. Возможно, с помощью машинного обучения мы сможем найти оптимальную комбинацию видов бактерий».

Футурологи предсказывают, что к 2035 году более одного триллиона автономных узлов будут интегрированы во все виды человеческой деятельности в качестве системы интернета вещей. В будущем практически любой объект будет передавать информацию в центральную базу данных без непосредственного участия человека. Однако идея внедрения осложняется тем, что 71% земной поверхности покрыт водой. Чтобы обойти это препятствие, Агентство перспективных исследований Минобороны США (DARPA) запустило программу «Океан вещей». Водные мобильные роботы могут дать прогресс в мониторинге и исследовании морской среды.

Напомним, ранее ученые из Питтсбургского университета (США) создали крошечных гибких роботов-жуков, способных прыгать по воде.

Текст: Виктория Родичева

Источник: TechXplore

Изображение: Бингемтонский университет

Подписывайтесь на каналы Let AI be в Telegram и «ВКонтакте» — оставайтесь в курсе главных новостей в сфере искусственного интеллекта!