Los investigadores han creado prototipos de insectos robóticos equipados con sensores que imitan sistemas digestivos biológicos para satisfacer las necesidades energéticas, emplean una interfaz Janus para un suministro constante de nutrientes y se mueven sobre la superficie del agua como un zancudo.
En 2017, DARPA propuso un programa para desarrollar e implementar miles de sensores flotantes destinados a recopilar datos ambientales como “temperatura del océano, estado del mar y ubicación, así como datos de actividad sobre buques comerciales, aviones e incluso mamíferos marinos que se mueven a través del océano”. “.
llamado el Océano de cosas – y comparable en esencia a la multitud de dispositivos inteligentes llenos de sensores que recopilan información en todo el mundo. Web de las cosas – la página del proyecto afirma que los datos de los sensores se cargarían en un almacenamiento en la nube propiedad del gobierno para su análisis, y que la OoT apoyaría misiones militares y al mismo tiempo estaría abierta a organismos de investigación y preocupaciones comerciales.
El profesor Seokheum Choi de la Universidad de Binghamton ha estado trabajando en un dispositivo de este tipo durante los últimos 10 años, financiado por la Oficina de Investigación Naval. Ahora Choi y su equipo han desarrollado un pequeño robotic acuático que puede deslizarse por la superficie y funciona con bacterias a bordo en lugar de sistemas de energía comunes como la photo voltaic, la cinética o la térmica.
“Los investigadores están buscando activamente una variedad de estrategias innovadoras para habilitar robots autosostenibles que recolecten energía directamente de su entorno marino”, señala el equipo en su artículo. “Estas estrategias incluyen aprovechar la energía photo voltaic, la energía cinética de las olas o corrientes, el potencial osmótico de las aguas salinas, los gradientes térmicos y las fuentes de energía impulsadas por la humedad.
“A pesar de la naturaleza innovadora de estos enfoques, la disponibilidad variable de energía lumínica y mecánica en entornos marinos, combinada con los rendimientos energéticos relativamente bajos de los gradientes de salinidad, los diferenciales térmicos y los niveles de humedad, presenta desafíos importantes. Esas limitaciones obstaculizan la capacidad de garantizar el funcionamiento fiable y continuo de robots acuáticos basándose únicamente en las tecnologías actuales de recolección de energía”.
Universidad de Binghamton
El motor del nuevo sistema está construido alrededor de una pila de flamable microbiana que emplea bacterias formadoras de esporas conocidas como bacilo subtilis para un mini generador inspirado en procesos biológicos digestivos que convierte la materia orgánica en electricidad mediante reacciones catalíticas de reducción-oxidación.
“Cuando el ambiente es favorable para las bacterias, se convierten en células vegetativas y generan energía, pero cuando las condiciones no son favorables -por ejemplo, hace mucho frío o los nutrientes no están disponibles- vuelven a convertirse en esporas”, dijo Choi. “De esta manera podremos prolongar la vida operativa”.
El ánodo de la pila de flamable está fabricado con tela de carbono recubierta de polipirrol, seleccionada por su excelente conductividad y capacidad para favorecer la colonización bacteriana. El cátodo aceptor de electrones también es de tela de carbono, pero está decorado con platino recubierto de polipirrol y elegido por sus “propiedades catalíticas para acelerar la reducción de oxígeno”. La última parte del rompecabezas es una membrana Nafion 117 para la transferencia selectiva de protones.
El motor integrado también cuenta con superficies hidrofóbicas e hidrofílicas contiguas para permitir que “el flujo unidireccional de sustratos orgánicos” del agua del océano suministre nutrientes a las esporas bacterianas.
Una configuración de pila de flamable única logró “una densidad de potencia máxima de 135 µW cm-2 y un voltaje de circuito abierto de 0,54 V”, pero la ampliación a una matriz de seis unidades dio como resultado una generación de energía observada de casi un milivatio. Esa salida puede ser relativamente pequeña en el gran esquema de las cosas, pero es suficiente para el pequeño motor de CC que se encuentra encima de la plataforma, así como para los sensores integrados.
“Para lograr una locomoción acuática suave, el robotic emplea la fuerza de rotación del motor, que ejerce una fuerza de reacción sobre la plataforma, impulsándola hacia adelante a través de la superficie del agua sin fuerza directa sobre el agua misma”, explicaron los investigadores, mientras que el “hidrófobo Esta característica contribuye a la principal fuerza de flotación”. Las patas del pequeño robotic también han sido tratadas con un revestimiento hidrofóbico para que pueda deslizarse por la superficie del agua como un zancudo de agua.
Como tal, la thought aquí es poder implementar flotas de pequeños recolectores de datos dondequiera que sean necesarios en un momento dado, en lugar de estar atados a una ubicación durante toda su vida operativa.
“Si bien este trabajo demuestra con éxito la movilidad autosostenible en superficies acuáticas impulsada por una matriz MFC integrada, la exploración de aplicaciones prácticas como la localización, la detección y el procesamiento y transmisión de señales en plataformas robóticas acuáticas sigue siendo un área madura para el desarrollo”, señaló el equipo. También es necesario realizar más trabajos sobre el rendimiento a largo plazo y la idoneidad para diferentes condiciones ambientales. Pero el sistema precise sirve como prueba de concepto para el novedoso diseño.
Un artículo de la investigación ha sido publicado en la revista. Tecnologías de materiales avanzados.
Fuente: Universidad de Binghamton
