Los robots sin ataduras sufren un problema de resistencia. Una posible solución:un líquido circulante, "sangre de robot", para almacenar energía y potenciar sus aplicaciones para aplicaciones sofisticadas, Tareas de larga duración.

Los seres humanos y otros organismos complejos gestionan la vida a través de sistemas integrados. Los seres humanos almacenan energía en reservas de grasa repartidas por todo el cuerpo, y un intrincado sistema circulatorio transporta oxígeno y nutrientes para alimentar billones de células.

Pero abre el capó de un robot sin ataduras y las cosas están mucho más segmentadas:aquí está la batería sólida y allá están los motores, con sistemas de refrigeración y otros componentes esparcidos por todas partes.

Los investigadores de Cornell han creado un sistema vascular sintético capaz de bombear un líquido hidráulico denso en energía que almacena energía, transmite fuerza, opera apéndices y proporciona estructura, todo en un diseño integrado.

"En la naturaleza vemos cuánto tiempo pueden operar los organismos mientras realizan tareas sofisticadas. Los robots no pueden realizar hazañas similares durante mucho tiempo, "dijo Rob Shepherd, profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial. "Nuestro enfoque bioinspirado puede aumentar drásticamente la densidad de energía del sistema al tiempo que permite que los robots blandos permanezcan móviles durante mucho más tiempo".

Pastor, director del Laboratorio de Robótica Orgánica, es autor principal de "Electrolytic Vascular Systems for Energy Dense Robots, "que se publicó el 19 de junio en Naturaleza . El estudiante de doctorado Cameron Aubin es el autor principal.

Los ingenieros confían en las baterías de iones de litio por su denso potencial de almacenamiento de energía. Pero las baterías sólidas son voluminosas y presentan limitaciones de diseño. Alternativamente, Las baterías de flujo redox (RFB) se basan en un ánodo sólido y un catolito altamente soluble para funcionar. Los componentes disueltos almacenan energía hasta que se libera en una reducción química y oxidación, o redox, reacción.

Los robots blandos son en su mayoría fluidos:hasta alrededor del 90% de fluido por volumen, y muchas veces usa líquido hidráulico. Usar ese fluido para almacenar energía ofrece la posibilidad de aumentar la densidad de energía sin peso adicional.

Los investigadores probaron el concepto creando un robot blando acuático inspirado en un pez león, diseñado por el coautor James Pikul, ex investigador postdoctoral ahora profesor asistente en la Universidad de Pensilvania. El pez león usa aletas onduladas en forma de abanico para deslizarse a través de entornos de arrecifes de coral (en un sacrificio de verosimilitud, los investigadores optaron por no agregar aletas venenosas como las contrapartes vivientes de los robots).

La piel de silicona en el exterior y los electrodos flexibles y una membrana separadora de iones en el interior permiten que el robot se doble y flexione. Las baterías de celda de flujo de yoduro de zinc interconectadas alimentan las bombas y la electrónica a bordo a través de reacciones electroquímicas. Los investigadores lograron una densidad de energía equivalente a aproximadamente la mitad de la de una batería de iones de litio Tesla Model S.

El robot nada utilizando la energía transmitida a las aletas por el bombeo de la batería de la celda de flujo. El diseño inicial proporcionó suficiente potencia para nadar corriente arriba durante más de 36 horas.

La tecnología RFB actual se utiliza normalmente en grandes aplicaciones estacionarias, como almacenar energía de fuentes eólicas y solares. Históricamente, el diseño de RFB ha sufrido una baja densidad de potencia y voltaje de funcionamiento. Los investigadores superaron esos problemas conectando las celdas de la batería del ventilador en serie, y densidad de potencia maximizada mediante la distribución de electrodos en las áreas de las aletas.

"Queremos tomar la mayor cantidad de componentes en un robot y convertirlos en el sistema de energía. Si ya tiene líquidos hidráulicos en su robot, luego puede aprovechar grandes reservas de energía y dar a los robots una mayor libertad para operar de forma autónoma, "Dijo Shepherd.

Los robots blandos submarinos ofrecen tentadoras posibilidades de investigación y exploración. Dado que los robots acuáticos blandos son sostenidos por flotabilidad, no requieren un exoesqueleto o endoesqueleto para mantener la estructura. Al diseñar fuentes de energía que brinden a los robots la capacidad de funcionar durante períodos de tiempo más prolongados, Shepherd cree que los robots autónomos pronto podrían estar deambulando por los océanos de la Tierra en misiones científicas vitales y para tareas ambientales delicadas como tomar muestras de los arrecifes de coral. Estos dispositivos también podrían enviarse a mundos extraterrestres para misiones de reconocimiento submarino.