Περίληψη Άρθρου:

Οι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Binghamton έχουν αναπτύξει ένα αυτόνομο υδάτινο ρομπότ που χρησιμοποιεί βακτήρια για ενέργεια. Η καινοτομία τους στοχεύει να ενσωματώσει πάνω από ένα τρισεκατομμύριο αυτόνομους κόμβους σε ανθρώπινες δραστηριότητες μέχρι το 2035 ως μέρος του "Διαδικτύου των πραγμάτων". Σε αντίθεση με τους σταθερούς αισθητήρες, αυτά τα ρομπότ μπορούν να κινηθούν ελεύθερα και να παρακολουθούν περιβαλλοντικές συνθήκες όπως η ρύπανση και η θερμοκρασία. Η επόμενη φάση περιλαμβάνει τη δοκιμή διαφορετικών βακτηριακών στελεχών για την ενίσχυση της παραγωγής ενέργειας σε διάφορες συνθήκες των ωκεανών, βελτιώνοντας τελικά την αποτελεσματικότητα.

Κύρια σημεία του άρθρου:

• Οι ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Binghamton ανέπτυξαν ένα αυτόνομο υδρόβιο ρομπότ.
• Με το 71% της επιφάνειας της Γης που καλύπτεται από το νερό, η αντιμετώπιση των περιβαλλοντικών και υλικοτεχνικών προκλήσεων στις υδάτινες ρυθμίσεις είναι κρίσιμη.
• Η Υπηρεσία Έρευνας Άμυνας των ΗΠΑ (DARPA) έχει ξεκινήσει ένα πρόγραμμα που ονομάζεται "Ocean of Things" για την αντιμετώπιση αυτών των προκλήσεων.
• Το αυτόνομο ρομπότ χρησιμοποιεί μια διεπαφή Janus που επιτρέπει την απορρόφηση θρεπτικών ουσιών διατηρώντας παράλληλα τη βακτηριακή παραγωγή για την δημιουργία ενέργειας.
• Η παραγωγή ενέργειας φτάνει το 1 Milliwatt, επαρκή για μηχανικούς αισθητήρες κίνησης και περιβαλλοντικής παρακολούθησης (π.χ. θερμοκρασία νερού, επίπεδα ρύπανσης).
• Τα ρομπότ αντιπροσωπεύουν μια πρόοδο από τους τρέχοντες σταθερούς αισθητήρες, καθώς μπορούν να αναπτυχθούν οπουδήποτε χρειάζεται.

Αναλυτικά το άρθρο:

Ερευνητές του Binghamton, του Πολιτειακού Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης ανέπτυξαν ένα αυτοτροφοδοτούμενο «ζωύφιο» που μπορεί να κινείται στο νερό και ελπίζουν ότι θα φέρει επανάσταση στην υδρόβια ρομποτική. Οι μελλοντολόγοι προβλέπουν ότι περισσότεροι από ένα τρισεκατομμύριο αυτόνομοι κόμβοι θα ενσωματωθούν σε όλες τις ανθρώπινες δραστηριότητες έως το 2035 ως μέρος του «διαδικτύου των πραγμάτων». Σύντομα, σχεδόν κάθε αντικείμενο - μεγάλο ή μικρό - θα τροφοδοτεί πληροφορίες σε μια κεντρική βάση δεδομένων χωρίς την ανάγκη ανθρώπινης συμμετοχής.

Το γεγονός ότι το 71% της επιφάνειας της Γης καλύπτεται από νερό, και τα υδάτινα περιβάλλοντα θέτουν κρίσιμα περιβαλλοντικά και υλικοτεχνικά ζητήματα, καθιστά την ιδέα αυτή δύσκολη.

Για να εξετάσει αυτές τις προκλήσεις, η Υπηρεσία Προηγμένων Αμυντικών Ερευνητικών Προγραμμάτων των ΗΠΑ (DARPA) έχει ξεκινήσει ένα πρόγραμμα που ονομάζεται Ωκεανός των πραγμάτων.

Κατά την τελευταία δεκαετία, ο καθηγητής του Πανεπιστημίου Binghamton, Seokheun «Sean» Choi -- μέλος ΔΕΠ στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών της Σχολής Μηχανικών και Εφαρμοσμένων Επιστημών Thomas J. Watson και διευθυντής του Κέντρου Έρευνας σε Προηγμένες Τεχνολογίες Αισθητήρων και Περιβαλλοντικής Βιωσιμότητας (CREATES) -- έχει λάβει ερευνητική χρηματοδότηση από το Γραφείο Ναυτικών Ερευνών για την ανάπτυξη βιολογικών μπαταριών που λειτουργούν με βακτήρια και έχουν πιθανή διάρκεια ζωής 100 ετών.

Ο Choi, μαζί με τον Anwar Elhadad, PhD '24, και τον διδακτορικό φοιτητή Yang «Lexi» Gao, ανέπτυξαν το αυτοτροφοδοτούμενο μικρόβιο.

Τα νέα υδρόβια ρομπότ χρησιμοποιούν παρόμοια τεχνολογία επειδή είναι πιο αξιόπιστη σε αντίξοες συνθήκες από τα συστήματα ηλιακής, κινητικής ή θερμικής ενέργειας.

Μια διεπαφή Janus, η οποία είναι υδρόφιλη από τη μία πλευρά και υδρόφοβη από την άλλη, αφήνει να εισέλθουν θρεπτικά συστατικά από το νερό και τα διατηρεί μέσα στη συσκευή για να τροφοδοτήσει την παραγωγή βακτηριακών σπόρων.

«Όταν το περιβάλλον είναι ευνοϊκό για τα βακτήρια, γίνονται βλαστικά κύτταρα και παράγουν ενέργεια», είπε, «αλλά όταν οι συνθήκες δεν είναι ευνοϊκές - για παράδειγμα, είναι πολύ κρύο ή τα θρεπτικά συστατικά δεν είναι διαθέσιμα - επανέρχονται στους σπόρους. Με αυτόν τον τρόπο, μπορούμε να παρατείνουμε τη λειτουργική διάρκεια ζωής».

Η έρευνα της ομάδας του Binghamton παρουσίασε παραγωγή ενέργειας κοντά στο 1 milliwatt, η οποία είναι αρκετή για να λειτουργήσει η μηχανική κίνηση του ρομπότ και τυχόν αισθητήρες που θα μπορούσαν να παρακολουθούν περιβαλλοντικά δεδομένα, όπως η θερμοκρασία του νερού, τα επίπεδα ρύπανσης, οι κινήσεις εμπορικών πλοίων και αεροσκαφών και οι συμπεριφορές των υδρόβιων ζώων.

Η δυνατότητα αποστολής των ρομπότ οπουδήποτε χρειάζονται αποτελεί σαφή αναβάθμιση από τα σημερινά «έξυπνα πλωτά μέσα», τα οποία είναι σταθεροί αισθητήρες αγκυροβολημένοι σε ένα μέρος.

Το επόμενο βήμα για την τελειοποίηση αυτών των υδάτινων ρομπότ είναι η δοκιμή των βακτηρίων που θα είναι τα καλύτερα για την παραγωγή ενέργειας υπό στρεσογόνες συνθήκες στον ωκεανό.

«Χρησιμοποιήσαμε πολύ κοινά βακτηριακά κύτταρα, αλλά πρέπει να μελετήσουμε περαιτέρω για να μάθουμε τι πραγματικά ζει σε αυτές τις περιοχές του ωκεανού», δήλωσε ο Choi. «Προηγουμένως, δείξαμε ότι ο συνδυασμός πολλαπλών βακτηριακών κυττάρων μπορεί να βελτιώσει τη βιωσιμότητα και την ισχύ, οπότε αυτή είναι μια άλλη ιδέα. Ίσως χρησιμοποιώντας μηχανική μάθηση, μπορούμε να βρούμε τον βέλτιστο συνδυασμό βακτηριακών ειδών για τη βελτίωση της πυκνότητας ισχύος και της βιωσιμότητας».

Πηγή: Robotics: Self-powered 'bugs' can skim across water to detect environmental data