Ни для кого не секрет, что одним из самых серьезных ограничений для роботов является питание. Большинству роботов его нужно много, и оно должно откуда-то поступать, причем обычно это аккумулятор, поскольку других хороших вариантов не так много. Аккумуляторы, однако, известны своей низкой плотностью энергии, и чем меньше робот, тем большей проблемой это становится. К тому же для превращения энергии, запасенной в аккумуляторе, в полезную работу необходимы преобразователи, что тоже проблема для небольших роботов.
В статье, опубликованной на этой неделе в журнале Science Robotics, исследователи из университета Южной Калифорнии в Лос-Анджелесе рассказали о четвероногом роботе RoBeetle массой 88 мг, который работает на метаноле. Энергия жидкого топлива используется для движения без преобразования в электричество.
Корпус RoBeetle представляет собой топливный бак квадратной формы, который можно заполнить метанолом через впускное отверстие, используя шприц. Задняя пара ног зафиксирована, а передняя подпружинена и прикреплена к трансмиссии, которая перемещает их одновременно. В конструкцию RoBeetle включена «искусственная мышца», которая нагревается в результате каталитического окисления паров метаноле, поступающих через отверстия в подвижной заслонке. По сути, это тонкий провод из никелево-титанового сплава, покрытый слоем платины, играющей роль катализатора. Расширяясь, «мышца» приводит в движение передние ноги и закрывает заслонку. В отсутствие паров метанола реакция прекращается, провод остывает и сжимается. Это приводит к открытию заслонки и цикл повторяется. Наглядно процесс показан в видеоролике. Максимальная скорость движения составляет 0,76 мм/с, а одной заправки хватает на 155 минут. Кстати, небольшой ветерок ускоряет движение, способствуя реакции.
Полезная нагрузка RoBeetle может достигать 230 мг, чего вполне достаточно, скажем, для пассивных датчиков, но, на самом деле, робот не имеет практического применения, поскольку он двигается непрерывно, пока не опустеет топливный бак, и только прямо. Кроме того, несмотря на очень высокую удельную энергию метанола, это чрезвычайно неэффективный способ питания робота с расчетной сквозной эффективностью всего 0,48%. Однако RoBeetle является наглядной демонстрацией того, как можно создать робота столь маленького, что для него в принципе не подходит аккумуляторное питание. Дело в том, что самая легкая имеющаяся в продаже аккумуляторная батарея, способная обеспечить достаточно энергии для нагрева актуатора, весит около 800 мг, что на порядок превышает массу RoBeetle. С этой точки зрения эффективность RoBeetle на самом деле довольно высока.
