Earl tahun ini, a robot Dia menyelesaikan setengah maraton di Beijing hanya dalam waktu kurang dari 2 jam dan 40 menit. Itu lebih lambat dari pemenang manusia, yang merekam lebih dari satu jam, tetapi masih merupakan prestasi yang luar biasa. Banyak pelari rekreasi akan bangga saat itu. Robot mempertahankan ritme lebih dari 13 mil (21 kilometer).
Tapi dia tidak melakukannya dengan satu beban. Di jalan, robot harus berhenti dan mengganti baterai tiga kali. Detail itu, meskipun mudah diabaikan, mengatakan banyak tentang tantangan yang lebih dalam dalam robotika: energi.
Robot modern dapat bergerak dengan kelincahan yang luar biasa, meniru penggerak hewan dan mengeksekusi tugas kompleks dengan ketepatan mekanis. Dalam banyak hal, mereka menyaingi biologi dalam koordinasi dan efisiensi. Tetapi ketika datang ke perlawanan, robot masih gagal. Mereka tidak bosan dengan usaha, mereka hanya kehabisan energi.
Sebagai Peneliti Robotika Berfokus pada sistem energi, pelajari tantangan ini dengan cermat. Bagaimana para peneliti dapat memberikan robot kekuatan keabadian makhluk hidup? Masih jauh dari tujuan itu? Meskipun sebagian besar penelitian robot tentang masalah energi berfokus pada baterai yang lebih baik, ada kemungkinan lain: membangun robot yang mereka makan.
Robot bergerak dengan baik tetapi kehabisan tenaga
Robot modern sangat bagus untuk dipindahkan. Berkat penelitian selama beberapa dekade dalam biomekanik, kontrol dan tindakan motorik, mesin seperti Boston Dynamics dan Atlas Can berjalan, lari dan memanjat dengan kelincahan yang dulu tampak di luar jangkauan. Dalam beberapa kasus, mesin mereka bahkan lebih efisien daripada otot hewan.
Tapi perlawanan adalah masalah lain. Spot, misalnya, dapat beroperasi Hanya 90 menit dengan muatan penuh. Setelah itu, Anda perlu hampir satu jam untuk mengisi ulang. Waktu eksekusi ini jauh dari pergeseran delapan hingga 12 jam yang diharapkan dari pekerja manusia, atau perlawanan beberapa hari anjing kereta luncur.
Terkait: Robot gudang Amazon baru memiliki ‘rasa sentuhan’ yang bisa melihatnya menggantikan pekerja manusia
Masalahnya bukan bagaimana robot bergerak, beginilah cara mereka menyimpan energi. Sebagian besar robot seluler saat ini menggunakan baterai lithium -ION, jenis yang sama yang ditemukan pada smartphone dan mobil listrik. Baterai ini dapat diandalkan dan tersedia secara luas, tetapi kinerjanya meningkat dengan lambat: setiap tahun baterai lithium -on baru sekitar 7% lebih baik daripada generasi sebelumnya. Pada tingkat itu, dibutuhkan satu dekade lengkap hanya untuk menggandakan waktu eksekusi robot.
Hewan menyimpan energi lemak, yang sangat padat dalam energi: hampir 9 kilowatts-hora per kilogram. Itu sekitar 68 kWh pada anjing kereta luncur, mirip dengan energi dalam baterai Ion lithium Ion yang benar-benar dimuat, sebaliknya, menyimpan hanya satu fraksi dari itu, sekitar 0,25 kilowatt jam per kilogram. Bahkan dengan mesin yang sangat efisien, robot seperti spot akan membutuhkan baterai waktu yang lebih kuat daripada hari ini untuk bertepatan dengan ketahanan anjing kereta luncur.
Dan isi ulang tidak selalu merupakan pilihan. Di daerah bencana, bidang jarak jauh atau dalam misi jangka panjang, outlet daya atau baterai cadangan tidak dapat dilihat di mana pun.
Dalam beberapa kasus, desainer robot dapat menambahkan lebih banyak baterai. Tetapi lebih banyak baterai berarti lebih banyak berat, yang meningkatkan energi yang dibutuhkan untuk bergerak. Dalam robot yang sangat mobile, ada keseimbangan yang cermat antara muatan, kinerja dan resistensi. Untuk TempatMisalnya, baterai sudah mewakili 16% dari beratnya.
Beberapa robot telah digunakan Panel suryaDan secara teori, ini dapat memperpanjang waktu eksekusi, terutama untuk tugas -tugas kekuatan rendah atau di lingkungan yang cerah dan cerah. Namun dalam praktiknya, energi surya menawarkan energi yang sangat sedikit dalam kaitannya dengan apa yang dibutuhkan robot seluler untuk berjalan, berlari atau terbang ke kecepatan praktis. Itulah sebabnya panel energi sebagai panel surya tetap menjadi solusi niche saat ini, lebih cocok untuk robot listrik stasioner atau ultra -rendah.
Mengapa itu penting
Ini bukan hanya keterbatasan teknis. Mereka mendefinisikan apa yang bisa dilakukan robot.
Robot penyelamat dengan baterai 45 -menit mungkin tidak bertahan cukup lama untuk menyelesaikan pencarian. Robot pertanian yang berhenti untuk mengisi ulang setiap jam tidak dapat menuai tanaman tepat waktu. Bahkan di gudang atau rumah sakit, waktu eksekusi singkat menambah kompleksitas dan biaya.
Jika robot akan memainkan makalah yang signifikan di masyarakat dengan membantu orang tua, menjelajahi lingkungan yang berbahaya dan bekerja dengan manusia, mereka membutuhkan perlawanan untuk tetap aktif selama berjam -jam, bukan menit.
Bahan kimia baterai baru seperti Lithium-Azufre Dan udara logam Tawarkan jalan yang lebih menjanjikan untuk diikuti. Sistem ini memiliki kepadatan energi teoritis yang jauh lebih tinggi daripada sel ion lithium saat ini. Beberapa tingkat pendekatan yang diamati pada lemak hewani. Ketika dikombinasikan dengan aktuator yang secara efisien mengubah daya listrik baterai menjadi pekerjaan mekanis, mereka dapat memungkinkan robot bertepatan atau bahkan melebihi resistensi hewan dengan lemak tubuh rendah. Tetapi bahkan baterai generasi berikutnya memiliki keterbatasan. Banyak yang sulit untuk diisi ulang, menurun dari waktu ke waktu, atau menghadapi hambatan teknik dalam sistem dunia nyata.
Pengisian cepat dapat membantu mengurangi waktu tidak aktif. Beberapa baterai yang muncul dapat diisi ulang Dalam hitungan menit bukan jam. Tapi ada kompensasi. Pengisian daya pengisian daya cepat meningkatkan panas sudah membutuhkan infrastruktur beban berat dengan daya tinggi. Bahkan dengan perbaikan, robot pengisian daya cepat masih harus sering berhenti. Di lingkungan tanpa akses ke daya jaringan, ini tidak menyelesaikan masalah utama energi terbatas di atas kapal. Itulah sebabnya para peneliti mengeksplorasi alternatif seperti “pengisian bahan bakar bahan bakar” dengan bahan bakar logam, seperti halnya makan hewan, untuk menghindari batas muatan listrik sepenuhnya.
Di alam, hewan tidak diisi ulang, mereka makan. Makanan menjadi energi melalui pencernaan, sirkulasi dan pernapasan. Lemak menyimpan energi itu, darah menggerakkannya dan otot menggunakannya. Robot masa depan bisa mengikuti rencana serupa dengan metabolisme sintetis.
Beberapa peneliti membangun sistem yang memungkinkan robot Metal “Digest” atau bahan bakar kimia dan Menghirup oksigen. Sebagai contoh, reaktor kimia sintetis dalam bentuk lambung dapat mengubah bahan energi tinggi seperti aluminium menjadi listrik.
Ini didasarkan pada banyak kemajuan dalam otonomi robot, di mana robot dapat mendeteksi benda di kamar dan Arahkan untuk mengambilnyaTetapi di sini mereka akan mengumpulkan sumber energi.
Peneliti lain sedang mengembangkan sistem energi berbasis cairan yang beredar seperti darah. Contoh awal, Ikan robotDia melipatgandakan kepadatan energinya dengan menggunakan cairan multifungsi, bukan baterai ion lithium standar. Perubahan desain yang unik itu menghasilkan peningkatan baterai yang setara dengan 16 tahun, bukan melalui kimia baru tetapi melalui pendekatan yang lebih bioinspirate. Sistem ini dapat memungkinkan robot bekerja untuk jangka waktu yang lebih lama, mengekstraksi energi dari bahan yang menyimpan lebih banyak energi daripada baterai saat ini.
Pada hewan, sistem energi menghasilkan lebih dari sekadar menyediakan energi. Darah membantu mengatur suhu, memberikan hormon, melawan infeksi dan memperbaiki luka. Metabolisme sintetis dapat melakukan hal yang sama. Robot di masa depan dapat menangani panas menggunakan cairan yang bersirkulasi atau sembuh menggunakan bahan yang tersimpan atau dicerna. Alih -alih baterai sentral, energi dapat disimpan di seluruh tubuh dalam anggota tubuh, sendi dan komponen lembut dan seperti jaringan.
Pendekatan ini dapat menyebabkan mesin yang tidak hanya lebih tahan lama tetapi lebih mudah beradaptasi, resisten dan realistis.
Hasil akhir
Robot hari ini bisa melompat dan berlari seperti binatang, tetapi mereka tidak bisa menempuh jarak.
Tubuh mereka cepat, pikiran mereka membaik, tetapi sistem energi mereka belum diperbarui. Jika robot bekerja dengan manusia secara signifikan, kita harus memberi mereka lebih dari kecerdasan dan kelincahan. Kami harus memberi mereka perlawanan.
Artikel yang diedit ini adalah Republik Percakapan Di bawah lisensi Creative Commons. Baca Artikel asli.
