ربات آبی مانند حشره خودکفا برای بهبود اینترنت اشیا در اقیانوس ابداع شد
ابتدا پهپادهای شبیه به پرندگان و اکنون ربات‌های خودکفای مانند حشره، دانشمندان در حوزه نوآوری پیشرفت‌های قابل‌توجهی داشته‌اند.
به منظور تحول در نظارت بر دریا، محققان دانشگاه بینگهمتون، دانشگاه ایالتی نیویورک ربات کوچکی مانند حشره‌ای طراحی کرده‌اند که اینترنت اشیاء اقیانوس را کاوش خواهد کرد.
این ماشین پیشرفته الهام گرفته از هضم بیولوژیکی، طراحی شده و به سیستم انرژی خودکفا مجهز شده است.
ربات آبی کوچک برای اینترنت اشیاء اقیانوس
تا سال ۲۰۳۵ پیش‌بینی می‌شود که بیش از یک تریلیون دستگاه خودمختار به تمامی جنبه‌های زندگی انسان وارد شوند و بخشی از «اینترنت اشیاء» (IoT) شوند.
بدون توجه به اندازه، احتمالاً اکثر اجسام اطلاعات را به یک پایگاه داده مرکزی جمع‌آوری و انتقال خواهند داد بدون نیاز به مداخله انسانی.
از آنجایی که آب بیشترین حجم سیاره را با تخمین ۳۳۲ میلیون مایل مکعب – ۷۱ درصد، اشغال می‌کند، چنین ربات‌های آبی می‌توانند داده‌های زیادی از محیط‌های گسترده به ویژه اقیانوس‌ها که ۹۶.۵ درصد از کل آب زمین را در خود جاکرده‌اند فراهم آورند. به همین دلیل، سازمان دارپا (DARPA) یک برنامه به نام «اقیانوسِ اشیاء» راه‌اندازی کرد.
این ربات با استفاده از باتری‌های زیستی باکتریایی در آب حرکت می‌کند.
محققان در این مطالعه توضیح دادند که ربات از فناوری سلول سوخت میکروبی (MFC) برای تبدیل مواد آلی موجود در محیط‌های آبی به الکتریسیته از طریق واکنش‌های اکسایش-کاهش کاتالیزوری استفاده می‌کند.
«برای افزایش عمر مفید MFC، از باسیلوس سابتیلیس تشکیل‌دهنده اسپوره به عنوان بیوکاتالیست آندی استفاده می‌شود، که توانایی آن برای تحمل شرایط سخت و فعال‌سازی مجدد در محیط‌های مطلوب، طول عمر MFC را افزایش می‌دهد»، مطالعه اشاره کرد.
عمر طولانی به دلیل غشای ژانوس
این ربات‌ها به دلیل وجود غشای ژانوس که به تأمین مداوم زیرلایه‌های آلی برای پایداری میکروبی کمک می‌کند، خودکفایی دارند.
محققان توضیح دادند که غشای ژانوس با سطح مرطوبیت نامتقارن به ربات اجازه می‌دهد که زیرلایه‌های انتخابی را جذب کند.
این غشاء مواد مغذی را از آب استخراج کرده و تولید اسپوره باکتریایی را در ربات آبی تغذیه می‌کند. این باتری‌های زیستی احتمالاً عمر مفیدی صد ساله دارند.
«وقتی محیط برای باکتری‌ها مطلوب است، آنها به سلول‌های رویشی تبدیل شده و برق تولید می‌کنند»، گفت «سوک‌هون چوی» از دانشگاه بینگهمتون.
«اما وقتی شرایط مطلوب نیست – مثلا خیلی سرد است یا مواد غذایی موجود نیست – آنها به اسپوره‌ها بازمی‌گردند. به این روش می‌توانیم عمر عملیاتی را افزایش دهیم.»
ربات‌های مانند حشرات کوچک، که برای زندگی بر روی سطح آب سازگار شده‌اند، قادر خواهند بود از طریق موتور روی آب حرکت کنند.
موتور توسط متابولیسم میکروبی تغذیه شده از مواد مغذی آلی توسط غشای ژانوس تأمین می‌شود، محققان اضافه کردند.
«این مطالعه نشان‌دهنده قابلیت استفاده از فرایندهای طبیعی برای پیشرفت فناوری، تعیین معیارهای جدید در طراحی سیستم‌های خودمختار است»، نویسندگان بیان کردند.
به زودی، محققان باکتری‌ها را روی ربات‌های آبی مورد آزمایش قرار خواهند داد تا موفق‌ترین نوع برای تولید انرژی حتی در شرایط سخت اقیانوسی را شناسایی کنند.
«ما از سلول‌های باکتریایی بسیار معمولی استفاده کردیم، اما نیاز به مطالعات بیشتری داریم تا بدانیم چه چیزی در آن مناطق اقیانوسی واقعاً زندگی می‌کند»، چوی می‌گوید در بیانیه‌ای از دانشگاه.
«پیش‌تر، ما نشان دادیم که ترکیب چندین سلول باکتریایی می‌تواند پایداری و قدرت را بهبود بخشد، بنابراین این یک ایده دیگر است. شاید با استفاده از یادگیری ماشینی، بتوانیم ترکیب بهینه از گونه‌های باکتریایی را برای بهبود تراکم قدرت و پایداری پیدا کنیم.»
این مطالعه در ژورنال تکنولوژی‌های مواد پیشرفته در ۲۲ ژوئن ۲۰۲۴ منتشر شد.
