Tyrėjai sukūrė prototipus su jutikliais supakuotų robotų klaidų, kurios imituoja biologines virškinimo sistemas, kad patenkintų energijos poreikius, naudoja Janus sąsają, užtikrinančią nuolatinį maistinių medžiagų tiekimą ir juda vandens paviršiumi kaip vandens bėgikas.
Dar 2017 m. DARPA pasiūlė programą, skirtą sukurti ir įdiegti tūkstančius plūduriuojančių jutiklių, skirtų rinkti aplinkos duomenis, tokius kaip „vandenyno temperatūra, jūros būklė ir vieta, taip pat veiklos duomenys apie komercinius laivus, orlaivius ir net jūrų žinduolius, judančius per vandenyną. “.
Vadinamas Daiktų vandenynas – ir iš esmės panašus į daugybę jutikliais supakuotų išmaniųjų įrenginių, kurie renka informaciją visame pasaulyje Daiktų internetas – projekto puslapyje teigiama, kad jutiklių duomenys būtų įkeliami į vyriausybei priklausančią debesų saugyklą analizei ir kad OoT rems karines misijas, o taip pat bus atvira mokslinių tyrimų įstaigoms ir komerciniams interesams.
Profesorius Seokheumas Choi iš Binghamtono universiteto maždaug 10 metų dirbo būtent su tokiu įrenginiu, kurį finansavo Karinio jūrų laivyno tyrimų biuras. Dabar Choi ir komanda sukūrė mažytį vandens robotą, galintį prasiskverbti per paviršių ir kurį maitina laive esančios bakterijos, o ne įprastos energijos sistemos, tokios kaip saulės, kinetika ar šiluminė energija.
„Mokslininkai aktyviai taiko įvairias novatoriškas strategijas, kad įgalintų savarankiškus robotus, kurie energiją renka tiesiai iš savo jūros aplinkos“, – pažymi grupė savo darbe. „Šios strategijos apima saulės energijos, bangų ar srovių kinetinės energijos panaudojimą, druskingo vandens osmosinį potencialą, šiluminius gradientus ir drėgmės varomus energijos šaltinius.
„Nepaisant novatoriško šių metodų pobūdžio, kintamas šviesos ir mechaninės energijos prieinamumas jūrinėse aplinkose kartu su santykinai mažu energijos išeigumu dėl druskingumo gradientų, šiluminių skirtumų ir drėgmės lygio kelia didelių iššūkių. Šie apribojimai trukdo garantuoti patikimas ir nuolatinis vandens robotų veikimas, pagrįstas tik dabartinėmis energijos surinkimo technologijomis.
Binghamtono universitetas
Naujosios sistemos jėgainė yra pastatyta aplink mikrobinį kuro elementą, kuriame naudojamos sporas formuojančios bakterijos, žinomos kaip Bacillus subtilis mini generatoriui, įkvėptam biologinių virškinimo procesų, kuris organines medžiagas paverčia elektra per katalizines redukcijos-oksidacijos reakcijas.
„Kai bakterijoms palanki aplinka, jos tampa vegetacinėmis ląstelėmis ir generuoja energiją, tačiau kai sąlygos nepalankios – pavyzdžiui, labai šalta arba nėra maistinių medžiagų – jos grįžta į sporas“, – sakė Choi. „Tokiu būdu galime pratęsti eksploatavimo laiką.”
Kuro elemente esantis anodas pagamintas iš polipiroliu dengto anglies audinio – parinktas dėl puikaus laidumo ir gebėjimo palaikyti bakterijų kolonizaciją. Elektronus priimantis katodas taip pat yra anglies audinys, tačiau yra dekoruotas polipiroliu dengta platina ir pasirinktas dėl „katalizinių savybių, pagreitinančių deguonies redukciją“. Paskutinė dėlionės dalis yra Nafion 117 membrana, skirta selektyviam protonų perdavimui.
Integruota jėgainė taip pat turi greta esančius hidrofobinius ir hidrofilinius paviršius, leidžiančius „viena kryptimi tekėti organiniams substratams“ iš vandenyno vandens ir aprūpinti bakterijų sporas maistinėmis medžiagomis.
Vieno kuro elemento sąranka valdė „didžiausią 135 µW cm-2 galios tankį ir 0,54 V atviros grandinės įtampą“, tačiau padidinus iki šešių vienetų masyvą, stebimas beveik milivatų energijos generavimas. Ši išvestis gali būti palyginti maža pagal didžiąją dalykų schemą, tačiau jos pakanka mažam nuolatinės srovės varikliui, kuris yra ant platformos, ir borto jutikliams.
„Norėdamas pasiekti sklandų judėjimą vandenyje, robotas naudoja variklio sukimosi jėgą, kuri veikia platformą reakcijos jėgą, varodama ją į priekį per vandens paviršių be tiesioginės jėgos pačiam vandeniui“, – aiškino tyrėjai, o „hidrofobinis“ charakteristika prisideda prie pagrindinės plūdrumo jėgos. Mažo boto kojos taip pat buvo padengtos hidrofobine danga, kad galėtų slysti vandens paviršiumi kaip vandens strideris.
Taigi, idėja yra turėti galimybę dislokuoti mažų duomenų rinktuvų parką, kur jų reikia bet kuriuo metu, o ne būti pririštus prie vienos vietos per visą jų veikimo laikotarpį.
„Nors šis darbas sėkmingai demonstruoja savarankišką mobilumą ant vandens paviršių, maitinamų integruotu MFC matricu, praktinių pritaikymų, tokių kaip lokalizavimas, jutimas ir signalų apdorojimas bei perdavimas vandens robotų platformose, tyrinėjimas tebėra sritis, kuri yra subrendusi plėtrai“, – pažymėjo mokslininkas. komanda. Taip pat reikia daugiau dirbti dėl ilgalaikio veikimo ir tinkamumo įvairioms aplinkos sąlygoms. Tačiau dabartinė sistema yra naujo dizaino koncepcijos įrodymas.
Tyrimo straipsnis buvo paskelbtas žurnale Pažangios medžiagų technologijos.
Šaltinis: Binghamtono universitetas