機器“血液”登上Nature：一條假魚靠它續航36小時，無需固態電池
能像生物的血液系統一樣，為機器的各個組件傳遞能量。
魚栗子 乾明 發自 凹非寺
量子位 報道 | 公眾號 QbitAI
機器人能擁有血液系統嗎？
可以，而且還能像生物的血液系統一樣，為機器的各個組件傳遞能量。
來，給你看條魚。
這條機器魚，不依靠固體電池，靠“血液”系統提供能量，一口氣能游36小時。
實現這一壯舉的，是來自康奈爾大學和賓夕法尼亞大學的研究人員。
他們的這一研究成果，不僅登上了最新一期的Nature，也成了Nature網站的焦點報道。
這一研究成果發表之后，Twitter上甚至有人爆發了贊嘆的粗口：
那么，這到底是怎樣的血液？
機器魚的血
如果是生命體的話，脂肪就是很好的能源了。但機器人呢？
機器人可能不太用得上脂肪，不過血液是能模擬出來。就像人類的血液，可以為肌肉輸送氧氣和能量那樣。
給機器魚也造出一個血液系統，往各個部位的魚鰭上傳送能量就好了。
它的血液，不是普通的液壓液，最大的差別就在于：不止能傳遞力，還能傳遞電能。
圖上的紅色就是“血液”，里面有三碘化物。
流過腹部，流過尾巴，流過各種有魚鰭的地方。這些位置都有泵，也都有電池組的結構，電池組里有鋅。
血液經過電池組，碘離子會把鋅氧化。這個過程中，電子流動起來，產生了一個電壓。
電子會流過為泵供能的電子元件，泵一開始工作，魚鰭便可以動起來了。
另外，雖然不是普通的液壓液，機器魚的血也依然有作為液壓液的修養，完成力的傳遞。
比如，魚要向前游，靠的是尾鰭：把血從尾巴的一側泵到另一側，再泵回去。如此往復，魚便獲得了向前的動力。負責轉彎的胸鰭，也是同理。
魚自在游走的時候，血液里的離子會不斷消耗，所以依然會沒電。
不過根據研究團隊的測算，每次輸血可以續航36小時。
由于把液壓傳動和能量儲存，集成到了同一個裝置里，這條魚的功率密度，達到了傳統液壓系統 (電池和液壓裝置分開) 的325%。
如果沒電了，只要再輸一次血，魚就可以恢復元氣。
雖然，現在魚游得還很慢，但研究人員對增加它的功率密度，還是十分有信心的。
現在，團隊正在靠增加電池組陽極和陰極的表面積，來提升功率密度。
他們說，這又不像傳統的硬體機器人，軟體機器人的電池組可以塞到任何地方，只要讓外形去適應新加的部件就可以了。
攻克儲能難題
正如研究團隊和一些網友評論的那樣，研究最大的意義，為機器人的一個核心難題儲能，提供了一個解決思路。
儲能，是機器人實現自動化的“攔路虎”之一。通常情況下，機器人都使用固體電池，集中在一塊特定的材料之中。
想要獲得更強的能源動力？最直接的辦法就是增加更多電池。但固體電池的增加，必然導致機器人重量失衡，從而需要對機器人重新設計，才能保持平衡與性能。
為了解決這個問題，已經有了不少研究。比如，柔性電池，不限于形狀，能放到機器人的表面使用；還有結構電池，能同時作為機器的承重構件和儲能元件。
現在，康奈爾大學使用攜帶電能的液壓流體，將機器人的儲能裝置和動力傳輸介質合為一體，一方面有助于攻克這一難題，也為機器人研究開辟一個新的方向。
除此之外，這種“血液”循環模式的構造，也能夠更好地將機器人的各個部分，如控制系統、感知系統、動力系統等緊密結合起來，使機器人成了一個有機的整體。
這樣，更像一個有血有肉的生物了。
有一天，特斯拉會不會無需充電，直接輸血就行了？
輸血背后
這一研究的核心作者，來自康奈爾大學Organic Robots Laboratory。
實驗室的負責人為Robert F. Shepherd，康奈爾大學助理教授，也是這一研究的通訊作者。
2010年，Shepherd博士畢業于伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校。研究方向為3D打印、軟體機器人等，致力于讓機器更高效、更逼真。
這一實驗室成立以來，已經制造了不少軟體機器人，截止2018年，發表了53篇研究成果，刊登在Science及子刊、Nature及子刊的就有十多篇。
第一作者是Cameron A. Aubin，本科畢業于杜克大學， 目前在康奈爾大學Organic Robots Laboratory攻讀博士學位，研究方向為軟體機器人、3D打印和醫療設備設計。
他們在論文中表示，關于這次研究的代碼和數據，只要需求合理都可以發郵件找他們要。
論文傳送門（里面有郵箱地址）：
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1313-1
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