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仿生3D打印机器人可以吞噬水中细菌

来源: 中国3D打印网 2015-11-19 14:23 访问量: 编辑:卢君

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。

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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。

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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。

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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。

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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。