Гастробот

Gastrobot , что буквально означает « желудочный робот », — термин, придуманный в 1998 году Университета Южной Флориды директором Института доктором Стюартом Уилкинсоном. Гастробот — это «...разумная машина (робот), которая получает все свои энергетические потребности от переваривания настоящей пищи». Энергия, потребляемая гастроботом, может поступать в виде углеводов , липидов и т. д. или может представлять собой более простой источник, например алкоголь .

Источником энергии, обычно используемым для этого робота, является смесь углеводов и белков. Робот получает эти молекулы через микробный топливный элемент (MFC), который преобразует пищу в газы и другую потенциальную энергию . Газы и жидкости помогают питать такие устройства, как водородный топливный элемент гастробота , который помогает создавать больше энергии, а также другие газы, которые помогают питать механику .

Эти роботы могут выполнять определенные типы так называемых миссий «начать и забыть», например, помочь поддерживать определенную экологическую среду путем удаления инвазивных видов. Они могут использовать входные данные оптических датчиков для искусственного интеллекта программного обеспечения , чтобы определить, что они могут использовать для преобразования энергии .

Приложение

Гастроботика может позволить пользователям использовать автономных роботов в течение длительного времени без присмотра человека. Обычные сегодня роботы, питающиеся от солнечных батарей, батарей или других источников энергии, имеют тенденцию становиться ненадежными без присмотра человека при замене батарей и т. д. Другие роботы должны подключаться к сети для подзарядки, поэтому им требуется постоянный доступ к электрической розетке, что ограничивает диапазон. Роботы, работающие на солнечной энергии, более независимы, но для эффективной работы им требуется большая площадь поверхности солнечных панелей. Это увеличивает объем и зависит от погодных условий и чистоты панелей, чтобы оставаться эффективными. Гастроботы, возможно, смогут жить полностью за счет имеющихся природных ресурсов. Основная цель этой новой технологии — создание роботов, которые смогут выполнять миссии, где контроль со стороны человека невозможен или нежелателен. ^[1]

Некоторые примеры включают в себя

Автоматическая газонокосилка, работающая на скошенной траве.
Робот для сбора фруктов или тестирования почвы, работающий на опавших листьях или фруктах
Исследовательские роботы, работающие за счет собственной среды
Исследование моря: водоросли и водоросли
Разведка леса: трава, фрукты и овощи

Технология

Источники энергии гастроботиков в основном ориентированы на использование микробных топливных элементов. Микробные топливные элементы требуют окислительно-восстановительной реакции для выработки электроэнергии. Микробный топливный элемент использует бактерии, которых необходимо кормить. Топливный элемент обычно содержит два отсека: анодный и катодный выводы, которые разделены ионообменной мембраной .

Сначала в анодной камере бактерии отрывают электроны от органического материала и передают электроны на угольный электрод. Затем электроны перемещаются через ионообменную мембрану в катодную камеру, где соединяются с протонами и кислородом, образуя воду. Электроны, текущие от анода к катодным выводам, генерируют электрический ток и напряжение. С этого момента исследования изучают возможность использования водородного топливного элемента для усиления энергии микробного топливного элемента. Водородный топливный элемент будет использовать побочные продукты микробного топливного элемента для производства большего количества энергии без необходимости потребления большего количества материала. Требования к гастроботу включают в себя:

Сбор урожая : Должен быть способен собирать еду в реальных условиях и включать в себя какую-то руку или другой механизм, который захватывает пищу для потребления.
Жевание : ему нужен какой-то рот, чтобы «пережевывать» или разбивать пищу на более мелкие кусочки для организма.
Проглатывание : « Пищевод » должен перемещать пищу изо рта в микробный топливный элемент.
Пищеварение » микробного топливного элемента : « Желудок должен производить энергию.
Дефекация : гастробот должен удалять отходы, чтобы они не накапливались. ^[2]

Топливо

Лучшим источником топлива для гастробота является что-нибудь с высоким содержанием углеводов. Овощи, фрукты, зерновые, насекомые и листва — хорошие кандидаты. Однако он также может потреблять органические отходы, такие как моча, анаэробный ил (биоразлагаемые отходы и сточные воды) и фильтрат свалок . Мясо может быть топливом, но оно содержит слишком много жира, чтобы быть эффективным. ^[3]

Преимущества

Будущее гастроботиков несет в себе множество потенциальных преимуществ для общества.

Независимость робота : Успешный гастробот не потребует контроля со стороны человека для выполнения задач. Независимость может повысить эффективность, освободив людей для работы над другими задачами.
Экологичный источник топлива: гастробот, расщепляя пищу, потенциально работает на полностью экологически чистом топливе. После того, как пища расщепляется на энергию, остается H.
₂ О и О
₂ (вода и кислород). Этот тип источника энергии может позволить роботам функционировать без увеличения загрязнения.

Проблемы

Гастробот находится на ранней стадии разработки и поэтому сталкивается со многими проблемами:

Эффективность: текущий прототип неэффективен. На 15 минут движения уходит 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 больше вычислительной мощности и сложное программное обеспечение для эффективной работы во многих реальных приложениях. Они должны иметь возможность находить, идентифицировать и приобретать продукты питания, потенциально пригодные для потребления. Они также должны быть способны распознавать новые условия и адаптироваться к ним, следуя инструкциям для своей миссии.
Маневренность: текущий прототип имеет очень низкую маневренность. Чтобы робот мог передвигаться, он также должен иметь возможность захватывать, собирать и перемещать потенциальные источники топлива. Более того, робот должен регулировать количество еды, которую он съедает за раз, подобно электронному аппетиту. Если робот потребляет слишком много органического материала, он может перегрузиться и засориться. Более того, он должен знать, когда искать еду.

Поскольку роботы становятся более независимыми, они должны быть более послушными. Если робот выполняет «миссию», он должен быть чувствительным к окружающим, а не иметь менталитет «выполнить задачу любой ценой». ^[4]

См. также

«Переваривание утки» , . сфабрикованный предшественник Вокансона 18-го века
Бендер – мультяшный робот из 3000 года, «живущий» на обычном алкоголе.
В фильме « Беглецы » рассказывается о роботе, который ест слизней .

Ссылки

^ Уилкинсон, Стюарт (1 сентября 2000 г.). « Гастроботы - преимущества и проблемы микробных топливных элементов в роботах, работающих на пищевых продуктах». Автономные роботы . 9 (2): 99–111. дои : 10.1023/A:1008984516499 . ISSN 0929-5593 . S2CID 11205032 .
^ Государственный инженерный колледж Пенсильвании. «Микробный топливный элемент» (PDF) . Микробный топливный элемент . Архивировано из оригинала (PDF) 13 июня 2010 г.
^ Иеропулос, Иоаннис А.; Гринман, Джон; Мелхуиш, Крис; Хорсфилд, Ян (1 июня 2012 г.). «Микробные топливные элементы для робототехники: энергетическая автономия посредством искусственного симбиоза» . ChemSusChem . 5 (6): 1020–1026. дои : 10.1002/cssc.201200283 . ISSN 1864-564X . ПМИД 22674692 .
^ Роджерс, Эрика (январь 2004 г.). « Взаимодействие человека и робота» Эрики Роджерс . Беркширская энциклопедия взаимодействия человека и компьютера : 328–332 . Проверено 21 октября 2015 г.

Внешние ссылки

[1] Уилкинсон, Стюарт (1 сентября 2000 г.). « Гастроботы - преимущества и проблемы микробных топливных элементов в роботах, работающих на пищевых продуктах». Автономные роботы . 9 (2): 99–111. дои : 10.1023/A:1008984516499 . ISSN 0929-5593 . S2CID 11205032 .

[2] Государственный инженерный колледж Пенсильвании. «Микробный топливный элемент» (PDF) . Микробный топливный элемент . Архивировано из оригинала (PDF) 13 июня 2010 г.

[3] Иеропулос, Иоаннис А.; Гринман, Джон; Мелхуиш, Крис; Хорсфилд, Ян (1 июня 2012 г.). «Микробные топливные элементы для робототехники: энергетическая автономия посредством искусственного симбиоза» . ChemSusChem . 5 (6): 1020–1026. дои : 10.1002/cssc.201200283 . ISSN 1864-564X . ПМИД 22674692 .

[4] Роджерс, Эрика (январь 2004 г.). « Взаимодействие человека и робота» Эрики Роджерс . Беркширская энциклопедия взаимодействия человека и компьютера : 328–332 . Проверено 21 октября 2015 г.

[1]

[2]

[3]

[4]