能够检测水中漏油污染和酸度的“机器人蜻蜓”

从以树懒为灵感的缓慢移动的机器人到像飞鱼一样可以从冲出水面翱翔天际的飞行机器人,模拟真实生物行为的仿生机器人在环境检测方面让人们看到了惊人的潜力。

杜克大学(Duke University)新发明了一个有趣的案例,它模仿蜻蜓掠过水面,检查是否有漏油、高酸度和其他异常的情况,而且在没有任何电子设备的情况实现这些功能。

DraBot的名字来源于其他一些受大自然启发的气动机器人,包括像猎豹一样奔跑、像海龟一样行走和像水母一样游泳的仿生机器人。

这款柔软的机器人只有2.25英寸(5.7厘米)长,其内部有一个连接到柔性硅管的微通道网络,硅管将空气泵入翅膀,翅膀通过后部的孔逸出,推动机器人在水面上行走。充气执行器可以用来降低这些尾翼,在这种情况下,气流被阻断,DraBot保持静止。这样,团队就可以控制哪些翅膀是上下的,从而控制机器人行进的方向。

团队成员Ung-Hyun-Ko说:“让DraBot只使用无需任何电子设备的自动执行器对远距离的气压控制做出反应是很困难的。”“那绝对是最具挑战性的部分。

为了使他们的新机器人适应环境监测,研究小组转向了他们在早期研究项目中制造的一种自愈水凝胶。这种物质会对酸度的变化作出反应,在其内部形成新的键,当pH值恢复正常时,这些键就会发生逆转。研究小组给DraBot的两个翅膀涂上了水凝胶,当它进入高酸性水中时,水凝胶可以使一个前翼和一个后翼融合在一起。

这意味着当DraBot遇到更高的pH值时,它会绕圈子旋转,而不是直线移动。当这些pH值正常化时,融合的翅膀分离,DraBot就可以再次得到适当的控制。

研究小组还将海绵加入到DraBot中,并在它的翅膀上掺入温度敏感材料。当它在水中移动并在表面遇到油时,海绵会吸收油并改变颜色。当水温异常时,翅膀会从红色变成黄色。这样就可以让DraBot在掠过水面时,探测和清理漏油,还可以通过水温的变化揭示漂白的珊瑚礁或藻类大量繁殖的迹象。同时,高pH值也会暴露出对包括珊瑚礁在内的海洋生物构成威胁的酸化水域。

从现在开始,团队希望对DraBot进行一些改进。为其配备机载推进剂将取消对硅管的需求,同时它还设想增加摄像头和传感器,以进一步扩大其环境监测能力。

研究小组成员Shyni Varghese说:“我可以设想用某种合成生物来产生能量,而不是用气压来控制翅膀。”。“那是一个完全不同于我工作的领域,所以我们必须与一些潜在的合作者进行对话,看看有什么可能。但这也是从事这样一个跨学科项目的乐趣之一。”

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