賓厄姆頓大學(xué)研發(fā)自供電“蟲(chóng)子”可在水面滑行以檢測環(huán)境數據

賓厄姆頓大學(xué)（紐約州立大學(xué)賓厄姆頓分校）的研究人員開(kāi)發(fā)了一種自供電的“蟲(chóng)子”，能夠在水面滑行，他們希望這將革新水上機器人技術(shù)。

他們的研究成果發(fā)表在《先進(jìn)材料技術(shù)》期刊上。

未來(lái)學(xué)家預測，到2035年，將有超過(guò)一萬(wàn)億個(gè)自主節點(diǎn)融入人類(lèi)活動(dòng)的各個(gè)方面，成為“物聯(lián)網(wǎng)”的一部分。很快，幾乎任何物體——無(wú)論大小——都將無(wú)需人類(lèi)干預地向中央數據庫傳送信息。

這一構想的難點(diǎn)在于地球表面71%的面積被水覆蓋，水環(huán)境帶來(lái)了重大的環(huán)境和后勤問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，美國國防高級研究計劃局（DARPA）啟動(dòng)了一個(gè)名為“事物之?！钡捻椖?。

在過(guò)去十年中，賓厄姆頓大學(xué)托馬斯·J·沃森工程與應用科學(xué)學(xué)院電氣與計算機工程系的教授兼高級傳感技術(shù)與環(huán)境可持續性研究中心（CREATES）主任崔錫勛（Seokheun "Sean" Choi）一直致力于開(kāi)發(fā)可能具有100年保質(zhì)期的細菌動(dòng)力生物電池。崔教授與博士生楊“Lexi”高及安瓦爾·埃爾哈達德（Anwar Elhadad）博士共同開(kāi)發(fā)了這種自供電的蟲(chóng)子。

這種新型水上機器人使用類(lèi)似的技術(shù)，因為在不利條件下，它比太陽(yáng)能、動(dòng)能或熱能系統更可靠。雙面界面技術(shù)，其中一面親水，另一面疏水，可以從水中吸收營(yíng)養物質(zhì)并將其保留在裝置內以促進(jìn)細菌孢子的產(chǎn)生。

“當環(huán)境對細菌有利時(shí)，它們會(huì )變成營(yíng)養細胞并產(chǎn)生能量，”他說(shuō)，“但當條件不利時(shí)，例如非常寒冷或缺乏營(yíng)養時(shí)，它們會(huì )回到孢子狀態(tài)。這樣，我們就可以延長(cháng)操作壽命?！?/p>

賓厄姆頓團隊的研究顯示，能量產(chǎn)生接近1毫瓦，這足以操作機器人的機械運動(dòng)和任何可以跟蹤環(huán)境數據的傳感器，如水溫、污染水平、商業(yè)船只和飛機的移動(dòng)以及水生動(dòng)物的行為。

能夠將機器人送到任何需要的地方，這是比當前“智能浮標”——固定在一個(gè)地方的傳感器——的明顯升級。

這些水上機器人的下一步改進(jìn)是測試哪種細菌在海洋惡劣條件下最適合產(chǎn)生能量。

“我們使用了非常常見(jiàn)的細菌細胞，但我們需要進(jìn)一步研究以了解那些海洋區域實(shí)際存活的細菌，”崔教授說(shuō)?！爸?，我們已經(jīng)證明多種細菌細胞的組合可以提高可持續性和能量，因此這是另一個(gè)思路。也許通過(guò)機器學(xué)習，我們可以找到最佳的細菌種類(lèi)組合來(lái)提高能量密度和可持續性?！?/p>