A Review Of Energy Supplies For Biomachine Hybrid Robots

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22 ottobre 2023 (Notizie Nanowerk) Una recente analisi del Beijing Institute of Technology classifica i metodi di approvvigionamento energetico in cinque tipi: batterie chimiche, celle solari, celle a biocarburante, raccoglitori biotermici e raccoglitori a biovibrazione.

Punti chiave

I robot ibridi bio-macchina (BHR) combinano sistemi biologici e artificiali, offrendo mobilità superiore e richieste di energia inferiori rispetto ai robot bionici tradizionali. Hanno potenziali applicazioni nelle operazioni di salvataggio e nel monitoraggio ambientale.

La fornitura di energia per questi BHR è fondamentale per la loro applicazione pratica e può variare a seconda del vettore biologico (ad esempio, gli insetti volanti richiedono batterie leggere).

Lo studio identifica cinque sfide da superare nell’approvvigionamento energetico BHR: alta densità di energia, biocompatibilità, approvvigionamento energetico composto, stabilità a lungo termine e impatto ambientale.

Anche se il campo è ancora nascente, la revisione sollecita ulteriori ricerche per risolvere queste sfide relative all’approvvigionamento energetico e consentire applicazioni pratiche per i BHR.

Gli scienziati dell'Istituto di tecnologia di Pechino hanno esaminato i vari metodi di fornitura di energia per i robot ibridi biomacchine. (Immagine: Jieliang Zhao, Istituto di tecnologia di Pechino)

La recensione

I robot ibridi bio-macchine (BHR) rappresentano una nuova generazione di veicoli micro-aerei che possono essere controllati creando un'interfaccia tra sistemi biologici e artificiali. A differenza dei robot bionici convenzionali, non hanno strutture meccaniche complesse e hanno una mobilità superiore e un fabbisogno energetico inferiore, grazie all’incorporazione diretta di corpi animali. Di conseguenza, i BHR hanno un’ampia gamma di potenziali applicazioni, tra cui missioni di salvataggio in aree urbane e selvagge, monitoraggio ambientale e indagini su aree pericolose. Per garantire una lunga durata della missione, è necessario considerare attentamente l'approvvigionamento energetico dello zaino di controllo. Poiché diversi vettori biologici hanno requisiti energetici diversi, l'alimentazione diventa un problema critico per i BHR. Il documento di revisione fornisce un riepilogo completo dei progressi compiuti nei dispositivi di alimentazione energetica nella ricerca BHR. Pubblicato sulla rivista Cyborg e sistemi bionici ("Una revisione della fornitura di energia per robot ibridi biomacchine"), il documento di revisione offre una panoramica esaustiva dei vari metodi di approvvigionamento energetico utilizzati nella ricerca BHR. Copre tutto, dalla selezione di batterie chimiche per diversi vettori biologici allo sviluppo e all'applicazione di vari raccoglitori di energia. "Immagina un futuro in cui un animale è il primo a notare il tuo messaggio di pericolo e a salvarti quando sei bloccato nella natura selvaggia", ha spiegato l'autore dello studio Jieliang Zhao, professore presso l'Istituto di tecnologia di Pechino. Per anni, gli scienziati bionici hanno cercato di replicare gli straordinari progetti e costruzioni biologiche presenti in natura. Sebbene molti robot siano stati progettati per imitare il movimento degli animali, nessuno ha ancora eguagliato l’efficienza e la manovrabilità del corpo animale stesso. I BHR offrono un approccio innovativo. Usano gli animali come trasportatori e regolano i loro movimenti creando interfacce biomeccaniche per completare compiti specifici. Secondo Zhao, l’unità di alimentazione energetica che alimenta lo zaino di controllo e i componenti elettronici trasportati dai BHR è cruciale per il loro futuro sviluppo e applicazione pratica. La nuova revisione classifica i dispositivi di fornitura di energia in cinque tipi: batterie chimiche, celle solari, celle a biocarburante, raccoglitori biotermici e raccoglitori a biovibrazione. Vengono inoltre discusse le considerazioni specifiche necessarie per i diversi animali trasportatori nella scelta delle batterie chimiche. Ad esempio, le batterie per gli insetti volanti devono soddisfare requisiti specifici di peso e dimensioni per consentire un volo corretto. Tuttavia, le dimensioni ridotte di queste batterie significano che non possono fornire energia sostenibile per i BHR e una ricarica frequente potrebbe influire sulla durata della vita dei trasportatori di animali. Per affrontare questo problema, i ricercatori hanno iniziato a sviluppare fonti energetiche alternative come celle solari, celle a biocarburante, raccoglitori biotermici e raccoglitori di energia a biovibrazione. "I raccoglitori di energia possono catturare efficacemente varie forme di energia dall'ambiente o dall'animale stesso, consentendo ai BHR di essere autoalimentati", ha affermato Zhao. Guardando al futuro, il team identifica cinque sfide chiave che devono essere affrontate: sviluppare dispositivi di fornitura ad alta densità di energia, garantire la biocompatibilità per evitare reazioni immunitarie avverse, creare forniture energetiche composte, mantenere la stabilità a lungo termine e ridurre al minimo l’impatto ambientale. "Il campo di ricerca sull'approvvigionamento energetico per i BHR è ancora agli inizi", ha osservato Zhao. La maggior parte degli studi sono stati condotti solo in laboratorio e la produzione degli impianti di raccolta dell’energia è inferiore alle reali esigenze. Nonostante queste sfide, i BHR hanno un potenziale significativo per applicazioni future come il monitoraggio degli animali e il salvataggio della fauna selvatica. Questa revisione mira a incoraggiare più ricercatori a concentrarsi sulla risoluzione delle sfide legate all’approvvigionamento energetico e a promuovere l’applicazione pratica dei BHR.