仿生3D打印机器人可以吞噬水中细菌

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近日，由于受到水生的划蝽甲虫（又称水船虫）的启发，英国布里斯托尔大学（University of Bristol）的研究人员研发出了一种3D打印的机器人Row-bot（意为划水机器人），这种机器人能够在湖泊和池塘的表面自我推进或“划行”，并且能够在行走的过程中吞噬微生物获取能量，因此它不需要充电也能永远运行下去，直到坏掉。科学家们认为它可以用来清理水质或者进行环境监测。

Row-bot在水中张开口——右上的插图为口部关闭

据中国3D打印网了解，这个机器人的原型是由两个仿生的子系统组成的：首先是推进系统，可以让甲虫在水面上滑动；第二个是它的“肚子”，它实际上是一个微生物燃料电池（MFC），可以将从水中获取的微生物转换为电能，驱动电机。简单地说就是：这个机器人摄取富含细菌的水，MFC将后者转化为电力，然后驱动机器人划行并获取更多的水，如此周而复始。

为了尽可能地提升Row-bot的运动效率，科学家们对水船虫进行了深入研究。据他们解释称，水船虫的腿上布满了辅助游泳的毛，这使它在向后划水的时候能够获得最大的推力，而在收回的时候腿毛收拢又能减少阻力。而科学家们的划水机器人的推进系统则是由一个微小的0.75瓦有刷直流电机驱动的3D打印桨组成的。

水船虫的形象

这种桨实际上是一种3D打印的复合结构，它是由刚性的框架支持着弹性膜组成的。这层膜可以拉伸以增加桨叶的表面积，同时借助其集成的铰链，它可以在收回时，在桨叶仍然在水里的时候改变其角度，从而降低了阻力，提高整体效率。研究人员们补充说，它的刚性框架是用基于光聚合物的VeroWhite丙烯酸3D打印而成的，而上面的覆膜则是用TangoBlack材料3D打印的。

现在，它的推进系统说清楚了，那么Row-bot是怎么清理水环境的呢？这主要靠它装有MFC的胃来实现。在MFC中，污染水中的细菌很容易被分解成二氧化碳、质子和电子，从而为电池提供燃料产生电流。

“它产生的能量超过了为完成再次供能而进行的机械运动所需的能量。”研究人员们写道。

上个月在德国汉堡举行的2015 IEEE/RSJ智能机器人国际会议上，研究人员们以论文的形式提交了自己的研究结果，论文题目为《Row-bot：一种能量充沛的自主式人造水船虫（Row-bot: An Energetically Autonomous Artificial Water Boatman）》。论文作者为Hemma Philamore、Johathan Rossiter、Andrew Stinchcombe和Ionnis Ieropoulos，他们都来自布里斯托尔大学。

“这项研究展示了一种适合长时间在环境中自主运行的机器人系统。”研究人员们说，并且补充说，这项工作是开发自主式机器人的关键一步，也是首次使用一个MFC实现的可行的机器人应用，显示了将MFC作为机器人的一种能量来源的可能性。

据中国3D打印网了解，科学家们的下一步将在Row-bot身上增加监视、远程传感和控制系统，并将其用于在环境监测和清理项目。例如，他们可以用来监测湖泊污染物或致命的病原体，如果发现，可以部署更多的划水机器人或其它系统来恢复水质。