Гастробот - Gastrobot

Гастробот, что означает буквально 'желудок робот '- термин, придуманный в 1998 году директором Института Университета Южной Флориды доктором Стюартом Уилкинсоном. Гастробот - это «... интеллектуальная машина (робот), которая производит все свои энергия потребности в переваривании настоящей пищи ». Потребление энергии гастроботом может происходить в виде углеводы, липиды и т.д., или может быть более простым источником, например алкоголь.

Источником энергии, обычно используемым для этого робота, является смесь углеводов и белков. Робот получает эти молекулы через микробный топливный элемент (MFC), который превращает пищу в газы и другие потенциальная энергия. Газы и жидкости служат топливом для таких вещей, как водородный топливный элемент, который помогает вырабатывать больше энергии, а также других газов, которые помогают питать гастробот механика.

Эти роботы могут выполнять определенные типы так называемых миссий «запустил и забыл», например, для поддержания определенной экологической среды путем удаления инвазивных видов. Они могут использовать входы оптических датчиков для искусственный интеллект программного обеспечения чтобы определить, что они могут съесть преобразование энергии.

Заявление

Гастроботика может позволить пользователям развертывать самоподдерживающихся роботов в течение длительного времени без участия человека. Обычные современные роботы, работающие от солнечных панелей, батарей или других источников энергии, становятся ненадежными без присмотра человека при замене батарей и т. Д. Другие роботы должны подключаться для подзарядки, поэтому им требуется постоянный доступ к электрической розетке, что ограничивает классифицировать. Роботы, работающие на солнечных батареях, более независимы, но для их эффективности требуется большая площадь солнечных панелей. Это увеличивает объем и зависит от погодных условий и чистоты панелей, чтобы оставаться эффективными. Гастроботики могут полностью жить за счет доступных природных ресурсов. Основная цель этой новой технологии - создание роботов, которые могут выполнять миссии, в которых наблюдение со стороны человека невозможно или нежелательно.[1]

Некоторые примеры включают

  • Автоматическая газонокосилка с питанием от скошенной травы
  • Робот для сбора фруктов или тестирования почвы, работающий на опавших листьях или фруктах
  • Роботы-исследователи, работающие в собственной среде
  • Исследование моря: водоросли и водоросли
  • Исследование леса: трава, фрукты и овощи

Как это устроено

Источники энергии Gastrobotics в основном сосредоточены на использовании микробных топливных элементов. Микробные топливные элементы требуют реакции окисления и восстановления для выработки электричества. В микробном топливном элементе используются бактерии, которых необходимо кормить. Топливный элемент обычно содержит два отсека: анод и катод клеммы, разделенные ионообменная мембрана.

Сначала в анодной камере бактерии удаляют электроны из органического материала и передают электроны на углеродный электрод. Затем электроны перемещаются через ионообменную мембрану в катодную камеру, где они соединяются с протонами и кислородом с образованием воды. Электроны, текущие от анода к катодным выводам, генерируют электрический ток и напряжение. С этого момента ведутся исследования по использованию водородного топливного элемента для усиления энергии микробного топливного элемента. В водородном топливном элементе будут использоваться побочные продукты микробного топливного элемента, чтобы производить больше энергии без необходимости потреблять больше материала. Требования к гастроботу включают:

  • Сбор урожая: Должен быть в состоянии собирать еду в реальных условиях и включать какую-то руку или другой механизм, который захватывает еду для потребления.
  • Жевание: Ему нужен какой-то тип рта, чтобы «пережевывать» или разбивать пищу на более мелкие кусочки для системы.
  • Проглатывание: An "пищевод «должен перемещать пищу из« рта »в микробный топливный элемент.
  • Пищеварение: Микробный топливный элемент »желудок «должны производить энергию.
  • Дефекация: Гастробот должен удалять отходы, чтобы они не скапливались.[2]

Топливо

Лучший источник топлива для гастробота - это что-нибудь с высоким содержанием углеводов. Овощи, фрукты, злаки, насекомые и листва - хорошие кандидаты. Тем не менее, он также может потреблять органические отходы, такие как моча, анаэробный ил (биоразлагаемые отходы и сточные воды), и захоронение отходов. фильтрат. Мясо может быть топливом, но в нем слишком много жира, чтобы быть эффективным.[3]

Преимущества

Будущее гастроботики может принести обществу множество потенциальных преимуществ.

  • Независимость робота: Успешному гастроботу не потребуется человеческий контроль для выполнения задач. Независимость может повысить эффективность, освободив людей для работы над другими задачами.
  • Экологичный источник топлива: Разлагая пищу, гастробот потенциально работает на полностью экологически чистом топливе. После того, как пища расщепляется на энергию, остается H2O и O2 (вода и кислород). Этот тип источника энергии может позволить роботам функционировать, не увеличивая загрязнение окружающей среды.

Вызовы

Гастробот находится на ранней стадии разработки и поэтому сталкивается с множеством проблем:

  • Эффективность: Текущий прототип неэффективен. На 15 минут движения требуется около 18 часов «углеводной загрузки». Это бесполезно в любом реальном приложении.
  • Собирательство: Развитие должно дать гастроботу возможность находить, идентифицировать и добывать пищу.
  • Интеллект: Гастроботам требуется большая вычислительная мощность, а сложное программное обеспечение эффективно работает во многих реальных приложениях. Они должны уметь находить, идентифицировать и приобретать пищу, потенциально пригодную для употребления. Они также должны уметь идентифицировать себя и адаптироваться к новым условиям, следуя инструкциям для своей миссии.
  • Маневренность: У нынешнего прототипа очень небольшая маневренность. Чтобы робот мог перемещаться, он также должен уметь захватывать, собирать и перемещать потенциальные источники топлива. Кроме того, робот должен регулировать количество еды, которое он съедает за раз, как электронный аппетит. Если робот потребляет слишком много органических материалов, он может перегрузиться и забиться. Кроме того, он должен знать, когда искать пищу.

По мере того, как роботы становятся более независимыми, они должны быть более послушными. Если робот выполняет «миссию», он должен быть чувствителен к окружающим, а не придерживаться менталитета «выполнить задачу любой ценой».[4]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Уилкинсон, Стюарт (2001-09-01). "'Гастроботы - Преимущества и проблемы микробных топливных элементов в пищевых роботах ». Автономные роботы. 9 (2): 99–111. Дои:10.1023 / А: 1008984516499. ISSN  0929-5593.
  2. ^ Государственный инженерный колледж Пенсильвании. «Микробная клетка Fuell» (PDF). Микробный топливный элемент. Архивировано из оригинал (PDF) на 13.06.2010.
  3. ^ Ieropoulos, Ioannis A .; Гринман, Джон; Мелхуиш, Крис; Хорсфилд, Ян (01.06.2012). «Микробные топливные элементы для робототехники: энергетическая автономия через искусственный симбиоз». ChemSusChem. 5 (6): 1020–1026. Дои:10.1002 / cssc.201200283. ISSN  1864–564X. PMID  22674692.
  4. ^ Роджерс, Эрика (январь 2004 г.). ""Взаимодействие человека и робота "Эрика Роджерс". Беркширская энциклопедия взаимодействия человека и компьютера: 328–332. Получено 2015-10-21.

внешняя ссылка