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近日，由于受到水生的劃蝽甲蟲（又稱水船蟲）的啟發(fā)，英國布里斯托爾大學(xué)（University of Bristol）的研究人員研發(fā)出了一種3D打印的機(jī)器人Row-bot（意為劃水機(jī)器人），這種機(jī)器人能夠在湖泊和池塘的表面自我推進(jìn)或“劃行”，并且能夠在行走的過程中吞噬微生物獲取能量，因此它不需要充電也能永遠(yuǎn)運(yùn)行下去，直到壞掉。科學(xué)家們認(rèn)為它可以用來清理水質(zhì)或者進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)。

Row-bot在水中張開口——右上的插圖為口部關(guān)閉

據(jù)了解，這個(gè)機(jī)器人的原型是由兩個(gè)仿生的子系統(tǒng)組成的：首先是推進(jìn)系統(tǒng)，可以讓甲蟲在水面上滑動(dòng)；第二個(gè)是它的“肚子”，它實(shí)際上是一個(gè)微生物燃料電池（MFC），可以將從水中獲取的微生物轉(zhuǎn)換為電能，驅(qū)動(dòng)電機(jī)。簡單地說就是：這個(gè)機(jī)器人攝取富含細(xì)菌的水，MFC將后者轉(zhuǎn)化為電力，然后驅(qū)動(dòng)機(jī)器人劃行并獲取更多的水，如此周而復(fù)始。

為了盡可能地提升Row-bot的運(yùn)動(dòng)效率，科學(xué)家們對(duì)水船蟲進(jìn)行了深入研究。據(jù)他們解釋稱，水船蟲的腿上布滿了輔助游泳的毛，這使它在向后劃水的時(shí)候能夠獲得最大的推力，而在收回的時(shí)候腿毛收攏又能減少阻力。而科學(xué)家們的劃水機(jī)器人的推進(jìn)系統(tǒng)則是由一個(gè)微小的0.75瓦有刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的3D打印槳組成的。

水船蟲的形象

這種槳實(shí)際上是一種3D打印的復(fù)合結(jié)構(gòu)，它是由剛性的框架支持著彈性膜組成的。這層膜可以拉伸以增加槳葉的表面積，同時(shí)借助其集成的鉸鏈，它可以在收回時(shí)，在槳葉仍然在水里的時(shí)候改變其角度，從而降低了阻力，提高整體效率。研究人員們補(bǔ)充說，它的剛性框架是用基于光聚合物的VeroWhite丙烯酸3D打印而成的，而上面的覆膜則是用TangoBlack材料3D打印的。

現(xiàn)在，它的推進(jìn)系統(tǒng)說清楚了，那么Row-bot是怎么清理水環(huán)境的呢？這主要靠它裝有MFC的胃來實(shí)現(xiàn)。在MFC中，污染水中的細(xì)菌很容易被分解成二氧化碳、質(zhì)子和電子，從而為電池提供燃料產(chǎn)生電流。 

“它產(chǎn)生的能量超過了為完成再次供能而進(jìn)行的機(jī)械運(yùn)動(dòng)所需的能量。”研究人員們寫道。

上個(gè)月在德國漢堡舉行的2015 IEEE/RSJ智能機(jī)器人國際會(huì)議上，研究人員們以論文的形式提交了自己的研究結(jié)果，論文題目為《Row-bot：一種能量充沛的自主式人造水船蟲（Row-bot: An Energetically Autonomous Artificial Water Boatman）》。論文作者為Hemma Philamore、Johathan Rossiter、Andrew Stinchcombe和Ionnis Ieropoulos，他們都來自布里斯托爾大學(xué)。

“這項(xiàng)研究展示了一種適合長時(shí)間在環(huán)境中自主運(yùn)行的機(jī)器人系統(tǒng)。”研究人員們說，并且補(bǔ)充說，這項(xiàng)工作是開發(fā)自主式機(jī)器人的關(guān)鍵一步，也是首次使用一個(gè)MFC實(shí)現(xiàn)的可行的機(jī)器人應(yīng)用，顯示了將MFC作為機(jī)器人的一種能量來源的可能性。

據(jù)了解，科學(xué)家們的下一步將在Row-bot身上增加監(jiān)視、遠(yuǎn)程傳感和控制系統(tǒng)，并將其用于在環(huán)境監(jiān)測(cè)和清理項(xiàng)目。例如，他們可以用來監(jiān)測(cè)湖泊污染物或致命的病原體，如果發(fā)現(xiàn)，可以部署更多的劃水機(jī)器人或其它系統(tǒng)來恢復(fù)水質(zhì)。