Row-bot reinigt vuil water en drijft zichzelf aan door microben te eten

Anonim

Row-bot reinigt vuil water en drijft zichzelf aan door microben te eten

Robotics

Colin Jeffrey

17 november 2015

4 afbeeldingen

Row-bot met open mond om water in te nemen - inzet toont mond gesloten (Credit: University of Bristol)

Geïnspireerd door de water boatman bug, heeft een team van de University of Bristol de Row-bot gemaakt, een robot prototype dat is ontworpen om zichzelf over de top van het water te schoppen in vuile vijvers of meren, en "eat " de microben het schept op. Het breekt deze vervolgens af in zijn kunstmatige maag om energie te creëren voor de stroom zelf. Op deze manier genereert het voldoende kracht om zich voortdurend te blijven inspannen om meer bacteriën te vinden om zich te voeden.

De Row-bot bestaat uit twee hoofdelementen - een voortstuwingsmechanisme om de Row-bot rond te bewegen met behulp van een paddle die wordt bediend door een minuscule 0, 75 Watt, een geborstelde gelijkstroommotor en zijn "maag", waarbij een microbiële brandstofcel (MFC) levert de elektrische stroom aan de motor die de paddle aandrijft.

Het hele systeem werkt wanneer de robot wat water inneemt, waarbij de MFC elektriciteit opwekt uit de bacteriën die erin zitten, waardoor het een paar slagen van zijn peddel kan maken. Met deze beweging neemt Row-bot meer vuil water op en begint het proces opnieuw. Dit is wat de Row-bot onderscheidt van andere vergelijkbare miniatuurzwemmende robots (zoals Harvard Microrobotics 'Robobee); het wordt volledig gevoed vanuit het medium waarin het zwemt.

Het water boatman insect dat Row-bot nastreeft, heeft benen bedekt door haartjes om het maximale oppervlak tijdens de krachtslag te maximaliseren en die samenvouwen om de weerstand tijdens de herstelslag te minimaliseren. Dus ook het ontwerp van de Row-bot-paddles verandert om de efficiëntie te maximaliseren.

Gemaakt van een 3D-geprinte composietstructuur met een stijf frame dat een elastisch membraan ondersteunt, wordt elke paddle uitgestrekt om het oppervlak van de paddle tijdens de power stroke te vergroten. Het membraan heeft een scharnier dat de invalshoek verandert op het deel van de peddel dat onder water blijft tijdens de herstelslag om het frontale gebied en daarmee de weerstand te verminderen.

De MFC - zoals die ontwikkeld door UWE Bristol om elektrische stroom te genereren uit urine - gebruikt in de Row-bot is vergelijkbaar met een normale brandstofcel, behalve dat in plaats van meer gebruikelijke brandstoffen om het proces aan te sturen, het gebruik maakt van bacteriën om een elektrische stroom door nabootsing van bacteriële interacties in de natuur.

Wanneer micro-organismen suiker in aërobe omstandigheden (dat wil zeggen in de aanwezigheid van zuurstof) krijgen, produceren ze koolstofdioxide en water. Echter, in anaërobe staten (wanneer zuurstof niet aanwezig is) in een MFC, produceren ze koolstofdioxide, protonen en elektronen. Op deze manier kan een elektrische stroom worden gecreëerd tussen twee elektroden om elektriciteit te produceren.

De onderzoekers geloven dat het apparaat potentieel kan worden gebruikt als een energetisch autonome robot, inclusief teledetectie en milieumonitoring en -schoonmaak. In deze geest is de volgende geplande fase voor Row-bot de integratie van bewakings- en besturingssubsystemen, samen met enkele extra schakelcircuits die alle worden aangedreven door de MFC.

De resultaten van dit onderzoek zijn onlangs gepresenteerd in een paper op de 2015 IEEE / RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) in Hamburg, Duitsland.

Row-bot heeft een microbiële brandstofcel die microben opneemt en stroom levert aan een elektrische motor om paddles voor voortstuwing door het water aan te drijven (Credit: University of Bristol)

Gemaakt van een 3D-geprinte composietstructuur met een stijf frame dat een elastisch membraan ondersteunt, wordt elke paddle op Row-bot uitgestrekt om het oppervlak van de paddle tijdens de power stroke te vergroten (Credit: University of Bristol)

Een autonoom prototype van een waterzuiverende robot dat vuil water opzuigt, Row-bot is ontworpen om de microben die het opzuigt op te eten en breekt het vervolgens af in zijn kunstmatige maag om energie te genereren om zichzelf te voeden (Credit: University of Bristol)

Row-bot met open mond om water in te nemen - inzet toont mond gesloten (Credit: University of Bristol)