مروری بر تامین انرژی برای روبات‌های هیبریدی بیوماشین

20 اکتبر 2023 -توسط موسسه مطبوعاتی فناوری پکن، با مسئولیت محدود-دانشمندان مؤسسه فناوری پکن روش های مختلف تامین انرژی ربات های هیبریدی بیوماشین را بررسی کردند. اعتبار: موسسه فناوری جیلیانگ ژائو پکن

روبات‌های هیبریدی بیوماشین (BHRs) نسل جدیدی از وسایل نقلیه میکرو هوایی را نشان می‌دهند که با ایجاد رابط بین سیستم‌های بیولوژیکی و مصنوعی کنترل می‌شوند. برخلاف روبات‌های بیونیک معمولی، آنها فاقد ساختارهای مکانیکی پیچیده هستند و به دلیل پذیرش مستقیم بدن حیوان، ویژگی‌های حرکتی برتر و تقاضای انرژی کمتری دارند. بنابراین، BHR ها را می توان در بسیاری از سناریوهای مهم، مانند عملیات نجات شهری و بیابانی، نظارت بر محیط زیست و بررسی مناطق خطرناک استفاده کرد.

برای انجام ماموریت طولانی، منبع انرژی کوله پشتی کنترلی باید در نظر گرفته شود. از آنجایی که حامل های بیولوژیکی مختلف نیازمندی های متفاوتی برای تجهیزات انرژی دارند، منبع تغذیه BHR ها مسئله مهمی است. مقاله مروری توسط دانشمندان مؤسسه فناوری پکن، پیشرفت‌های موجود در دستگاه‌های تامین را در تحقیقات BHRs خلاصه کرد.

مقاله مروری جدید که در مجله Cyborg and Bionic Systems منتشر شده است، مروری جامع از روش‌های مختلف تامین انرژی در تحقیقات BHRs، از انتخاب باتری‌های شیمیایی برای حامل‌های زیستی مختلف تا توسعه و کاربرد برداشت‌کننده‌های انرژی مختلف، ارائه می‌کند.

جیلیانگ ژائو، نویسنده این مطالعه توضیح داد: “شاید نمی توانید تصور کنید که روزی وقتی در طبیعت گرفتار می شوید، اولین کسی که متوجه پیام ناراحتی و نجات شما می شود یک حیوان باشید. اما این در آینده به واقعیت تبدیل خواهد شد.”

برای مدت طولانی، دانشمندان بیونیک انتظار داشتند که بتوانند ساختارهای بیولوژیکی طبیعت را تقلید کنند. اگرچه دانشمندان ربات‌هایی را طراحی و ساخته‌اند که از هر طریق ممکن حرکت حیوانات در طبیعت را تقلید می‌کنند، اما هنوز هیچ ربات بیونیکی با کارایی و قدرت مانور خود بدن حیوان برابری نکرده است.

ربات‌های هیبریدی بیوماشین (BHRs) به روش جدید دیگری تبدیل شده‌اند .آنها ها از حیوانات به عنوان حامل استفاده می کنند و با ایجاد رابط های بیومکانیکی برای انجام وظایف خاص سناریو، حرکت حامل را تعدیل می کنند. به گفته ژائو، واحد تامین انرژی مورد استفاده برای تامین انرژی کوله پشتی کنترلی و اجزای الکترونیکی حمل شده توسط BHR ها، توسعه آینده و کاربرد عملی آنها را تعیین می کند.

مروری که به تازگی منتشر شده است، روش‌های مختلف تامین انرژی را در تحقیقات BHRs تجزیه و تحلیل می‌کند. نویسندگان مطالعه دستگاه های تامین انرژی را به پنج دسته دسته بندی کردند: باتری های شیمیایی. سلول های خورشیدی؛ سلول های سوخت زیستی؛ دروگرهای بیو حرارتی و دروگرهای بیو ارتعاشی. آنها تمرکز حیوانات حامل مختلف را در انتخاب باتری های شیمیایی به طور جداگانه تجزیه و تحلیل کردند. به عنوان مثال، هنگام انتخاب باتری برای حشرات پرنده، علاوه بر برآوردن الزامات اولیه الکتریکی، باید وزن و اندازه کل باتری را نیز در نظر گرفت تا اطمینان حاصل شود که حشره ناقل می تواند به درستی پرواز کند.

اگرچه اندازه باتری ها همیشه در حال کاهش است، باتری های کوچکتر نمی توانند انرژی پایدار را برای BHR ها تامین کنند و شارژ مکرر بر زندگی حیوانات تأثیر می گذارد. بنابراین، برخی از محققان شروع به توسعه سلول‌های خورشیدی، سلول‌های سوخت زیستی، برداشت‌کننده‌های حرارتی زیستی و برداشت‌کننده‌های انرژی ارتعاشی زیستی برای تامین انرژی BHRs کردند.

در این بررسی، تیم آنها یک نمای کلی از تحقیقات فعلی در مورد دستگاه‌های خود تغذیه برای BHR ارائه می‌دهد. ژائو می‌گوید: «خراب‌گرهای انرژی می‌توانند به‌طور مؤثر اشکال مختلف انرژی را از محیط اطراف یا خود حیوان برداشت کنند، که می‌تواند به خود نیروبخشی BHRها دست یابد.

با نگاه به آینده، تیم معتقد است که باید بر پنج چالش مهم غلبه کرد. اولین مورد توسعه دستگاه های تامین انرژی با چگالی انرژی بالا است. آنها فکر می کنند با ایجاد مواد جدید و پیشرفت در فناوری میکرو/نانو، جهت گیری های اصلی برای افزایش چگالی انرژی از نظر مواد کامپوزیتی و طراحی ساختاری در مقیاس میکرو ارائه می شود.

توجه دوم توسعه زیست سازگاری دستگاه های تامین انرژی برای جلوگیری از واکنش های ایمنی جدی است که می تواند بر طول عمر حیوان تأثیر بگذارد. موضوع سوم تامین انرژی مرکب است. با برداشت معقول منابع انرژی محیطی متعدد و به کارگیری مکانیسم های تبدیل انرژی چندگانه، راندمان استفاده از فضا دستگاه های تامین انرژی را می توان به طور موثر بهبود بخشید و توان خروجی را نیز افزایش داد.

ملاحظات چهارم، پایداری تامین انرژی است زیرا پایداری بلند مدت سیستم تامین انرژی یک نیاز اساسی برای کنترل موثر BHR ها است. آخرین مورد، تامین انرژی سازگار با محیط زیست است. از آنجایی که BHR ها در محیط طبیعی استفاده می شوند، پرداختن به تاثیر سیستم های تامین انرژی بر محیط زیست یک چالش حیاتی است.

“زمینه تحقیقاتی تامین انرژی برای BHR ها هنوز در مراحل اولیه است

ژائو گفت. بیشتر مطالعات فقط در آزمایشگاه انجام شده‌اند و خروجی ماشین‌های برداشت کمتر از تقاضای واقعی است. به عنوان روبات‌های مفهومی جدید، BHRs چشم‌اندازهای کاربردی مهمی در سناریوهای آینده مانند نظارت بر حیوانات و نجات حیات وحش دارند.

سیستم تامین انرژی به طور مستقیم کاربرد عملی BHR ها را تعیین می کند. این بررسی نیازمند محققین بیشتری است تا بتوانند روی این زمینه تمرکز کنند و برای غلبه بر چالش‌های موجود در تامین انرژی و ترویج کاربرد عملی BHR با یکدیگر همکاری کنند.