Uma revisão do fornecimento de energia para robôs híbridos de biomáquinas

Os robôs híbridos de biomáquinas (BHRs) representam uma nova geração de veículos microaéreos que podem ser controlados pela construção de uma interface entre sistemas biológicos e artificiais. Ao contrário dos robôs biônicos convencionais, eles são livres de estruturas mecânicas complexas e, devido à adoção direta do corpo animal, possuem características de movimento superiores e menor demanda de energia. Assim, os BHRs podem ser aplicados em muitos cenários importantes, tais como operações de resgate urbano e em áreas selvagens, monitoramento ambiental e levantamentos de áreas perigosas.

Para cumprir missões de longa duração, o fornecimento de energia da mochila de controle deve ser considerado. Como diferentes transportadores biológicos têm requisitos diferentes para o equipamento energético, o fornecimento de energia dos BHRs é uma questão importante. Um artigo de revisão realizado por cientistas do Instituto de Tecnologia de Pequim resumiu os avanços nos dispositivos de fornecimento na pesquisa de BHRs.

O novo artigo de revisão, publicado na revista Sistemas Cyborg e Biônicosforneceu uma visão abrangente dos vários métodos de fornecimento de energia na pesquisa de BHRs, desde a seleção de baterias químicas para diferentes biotransportadores até o desenvolvimento e aplicação de vários coletores de energia.

“Talvez você não possa imaginar que um dia, quando estiver preso na natureza, o primeiro a perceber sua mensagem de socorro e resgatá-lo seria um animal. Mas isso será uma realidade no futuro”, explicou o autor do estudo, Jieliang Zhao. , professor do Instituto de Tecnologia de Pequim.

Durante muito tempo, os cientistas biônicos esperaram ser capazes de imitar as construções biológicas da natureza. Embora os cientistas tenham projetado e construído robôs para imitar o movimento dos animais na natureza de todas as maneiras possíveis, nenhum robô biônico conseguiu igualar a eficiência e a manobrabilidade do próprio corpo animal.

Os robôs híbridos de biomáquinas (BHRs) tornaram-se outro novo método. Os BHRs usam animais como transportadores e modulam o movimento dos transportadores construindo interfaces biomecânicas para realizar tarefas específicas do cenário. A unidade de fornecimento de energia usada para alimentar a mochila de controle e o componente eletrônico transportado pelos BHRs determina seu desenvolvimento futuro e aplicação prática, segundo Zhao.

A revisão recém-publicada analisou os vários métodos de fornecimento de energia na pesquisa de BHRs. Os autores do estudo agruparam os dispositivos de fornecimento de energia em cinco categorias: baterias químicas; células solares; células de biocombustível; colheitadeiras biotérmicas e colheitadeiras de biovibração. Eles analisaram separadamente o foco de diferentes animais transportadores na seleção de baterias químicas. Por exemplo, ao selecionar a bateria para insetos voadores, além de atender aos requisitos elétricos básicos, também é necessário considerar o peso e o tamanho de toda a bateria, para garantir que o inseto transportador possa voar adequadamente.

Embora o tamanho das baterias esteja sempre diminuindo, baterias menores não podem fornecer energia sustentável para os BHRs e o carregamento frequente afetará a vida dos animais. Assim, alguns pesquisadores começaram a desenvolver células solares, células de biocombustível, colheitadeiras biotérmicas e colheitadeiras de energia biovibratória para fornecer energia aos BHRs.

Na revisão, a equipe fornece uma visão geral resumida da pesquisa atual sobre dispositivos autoalimentados para BHRs. “As colheitadeiras de energia podem efetivamente colher diferentes formas de energia do ambiente circundante ou do próprio animal, o que poderia alcançar a autoalimentação dos BHRs”, disse Zhao.

Olhando para o futuro, a equipe considera que cinco desafios importantes precisam ser superados. O primeiro é o desenvolvimento de dispositivos de fornecimento de energia de alta densidade energética. Eles pensam que com a criação de novos materiais e os avanços na tecnologia micro/nano, as principais direções para aumentar a densidade energética são fornecidas em termos de materiais compósitos e design estrutural em microescala.

A segunda consideração é desenvolver a biocompatibilidade dos dispositivos de fornecimento de energia para evitar reações imunológicas graves que possam afetar a vida do animal. A terceira questão é o fornecimento composto de energia. Ao colher razoavelmente múltiplas fontes de energia ambiental e aplicar múltiplos mecanismos de conversão de energia, a eficiência de utilização do espaço dos dispositivos de fornecimento de energia pode ser melhorada de forma eficaz e a produção de energia também pode ser aumentada.

A quarta consideração é a estabilidade do fornecimento de energia porque a estabilidade a longo prazo do sistema de fornecimento de energia é um requisito básico para o controlo eficaz dos BHRs. A última consideração é um fornecimento de energia ecológico. Como os BHR são utilizados no ambiente natural, abordar o impacto dos sistemas de fornecimento de energia no ambiente é um desafio vital.

“O campo de pesquisa do fornecimento de energia para BHRs ainda está em sua infância”, disse Zhao. A maioria dos estudos foi feita apenas em laboratório e a produção das colheitadeiras é inferior à demanda real. Como novos robôs conceituais, os BHRs têm importantes perspectivas de aplicação em cenários futuros, como monitoramento de animais e resgate de vida selvagem.

O sistema de fornecimento de energia determina diretamente a aplicação prática dos BHRs. Esta revisão exige que mais investigadores possam concentrar-se neste campo e trabalhar em conjunto para superar os desafios no fornecimento de energia e promover a aplicação prática dos BHRs.

Fornecido pelo Instituto de Tecnologia de Pequim Press Co., Ltd