דג אריה שוחה נגד הזרם, וזנבו נע כמו מטוטלת בתנועה איטית. אבל הדג הזה לא דומה למקביליו בדם הקר. זה רובוט, ובמקום שדם יעבור בעורקיו הוא מפיץ נוזל צפוף אנרגיה לשני הסוללות שלו ולדחוף את הסנפירים. הרובוט, המתואר היום בכתב העת Nature, עשוי להיות הצעד הראשון בהתייחס לשתי מכשולים מרכזיים ברובוטיקה - כוח ושליטה - עם פיתרון אחד. ותודה לנוזל האנרגטי הנשאב במערכת הפסאודו-וסקולרית שלו, הרובוט הזה עשוי להיות קצת יותר כמונו.
רובוטים בדרך כלל לא עובדים באותה צורה שחיים חיים. במקום רשת מורכבת של חלקים רב-פונקציונליים, רובוטים נוטים להיות עשויים מרכיבים מבודדים אשר כל אחד מהם משרת מטרה אחת, מסביר המהנדס המכני רוברט שפרד מאוניברסיטת קורנל, החוקר הראשי של המחקר החדש. לדוגמה, יתכן ויהיה להם מערכת אחת לטיפול בכוח ומערכת אחרת לשלוט בתנועה, שהיא לא תמיד יעילה. לעומת זאת, מערכת הדם האנושית היא רב-פונקציונלית: היא מזרימה דם בכל גופנו ועל ידי כך היא גם מסייעת בוויסות חום גופנו ומובילה תאים להילחם בזיהומים.
יש דוגמאות למערכות הדם בטבע שהן יעילות אף יותר משלנו. לאמיתו של דבר, ההשראה הראשונית של רועה לדגי האריה-רובי לא הייתה ממש שחיינית. במקום זאת, הוא היה מוקסם מהסנדק שטף הזנב הגבוה, עוף נודד שהוא מכנה "ספורטאי-על." אל-האל יכול לטוס במשך שבוע בלי לעצור, אך תחילה מכפיל את משקלו בשומן כדי להכין לטיסה.
"זה ממש תקוע איתי שאתה יכול להוסיף אנרגיה לבעלי חיים בצורה רב-פונקציונלית - בידוד תרמי וגם אחסון אנרגיה ואז להפיץ אותו בצורה יעילה", אומר שפרד. "אם אתה משווה את זה לסוללות שלנו [ברובוטים], הם לרוב לא מבצעים שום תפקיד אחר מלבד אספקת אנרגיה והוספת משקל."
מתוך מחשבה זו, הרהר תהה אם יש דרך לייצר סוללות ברובוטים בהצלחה בהצלחה הן בשלטון והן בשליטה. הרבה רובוטים כבר משאבים נוזלים הידראוליים, כמו מים, דרך המערכות שלהם כדי להפעיל כוח שמניע חלק מחלקיהם. אם הם היו יכולים להחליף נוזל הידראולי טיפוסי בכזה המאגר אנרגיה, הוא חשב שהנוזל יכול לעשות יותר מאשר רק להקל על תנועה מכנית. שימוש בהידראולי רב-פונקציונלי יכול גם לחסוך אנרגיה בטווח הארוך, מכיוון שרובוטים מסורתיים עם סוללות מוצקות לרוב זקוקים לחבילות סוללה נוספות להפעלה ארוכת טווח, מה שמוסיף משקל נוסף ומפחית את הביצועים.
רועה וצוותו, אשר הגישו בקשה לרישום פטנט על התכנון שלהם, השתמשו במה שמכונה סוללות זרימת רדוקס של אבץ יוד, שיש בהן פיתרון אלקטרוליטי נוזלי שמשמש כמאגר אנרגיה. הנוזל העשיר באנרגיה תורם לתגובות כימיות הטעינות את הסוללה, ובנוסף הוא פועל כנוזל הידראולי המסתובב דרך דג האריות ומזיז את סנפיריו. כדי לאפשר תנועה, הסנפירים עשויים אלקטרודות גמישות ועור סיליקון רך. שאיבת נוזל הידראולי לצד אחד של סנפיר הזנב מנפחת את העור וגורמת לסנפיר להתכופף סביב קטעי המרכז הנוקשים יותר לכיוון הצד השני. היפוך כיוון הנוזל מכופף את הסנפיר בכיוון ההפוך, ומאפשר לדג לשחות כשהנוזל מתנדנד. סנפירי החזה מופעלים גם על ידי הנוזל, ויכולים להניף כלפי חוץ, ומחקים את תנועות הסנפיר של דגי האריה כדי לתקשר.
הצוות הציב את דג האריות במיכל מים מלוחים, הצוות הבחין שהרובוט יכול לשחות בהצלחה נגד זרם. בניסויים הם נתנו לרובוט לשחות עד שעתיים, אך חישבו שהוא יכול לפעול תיאורטית עד 36 שעות. הם גם העריכו כי ביצועי האנרגיה של הרובוט היו טובים פי שלושה עד ארבעה מתכנון מסורתי המשתמש בנוזל הידראולי רגיל כמו מים.
רועה מסביר כי השימוש הרב-פונקציונאלי בסוללות מוצקות אינו חדש. לדוגמה, הסוללות במלגזה משמשות כמקור אנרגיה, ובמקביל מספקות משקל לייצוב המכונה בזמן הרמה כבדה. אולם השימוש המגוון בסוללות נוזל לא נחקר עד כה. "עכשיו כשהרעיון שם בחוץ", אומר שפרד, "אנו מקווים שכאשר אנשים משתמשים בהידראוליקה הם יכולים לשאול, 'האם אוכל להחליף את הנוזל ההידראולי בנוזל אלקטרוליטי - האם זה הגיוני בעלות האנרגיה לעומת המשקל עבור נוזל צפוף יותר במערכת שלי? '”
"הרעיון להשתמש בנוזל כסוללה הוא ממש נהדר", אומר רוברט כצ'שמן מ- ETH Zurich, רובוטיסט שעבד על דגים רובוטיים אחרים, אך לא היה מעורב במחקר זה. עם זאת, כצ'שמן שומר על חששות מהיעילות של הסוללה, ומדגיש כי הרעיון עשוי להיות מוצג טוב יותר מהמים, כאשר הימנעות מהמשקל הנוסף של חבילות סוללות מוצקות הופכת להיות קריטית ללא עזרה של ציפה.
"בתיאוריה זה נהדר, כי אתה יכול להכין רובוט שאינו מתחת למים, " אומר כצ'שמן. "אם אתה רוצה לעשות רובוט מהלך, זה קצת יותר קשה. ואף אחד לא הראה רובוט רך לחלוטין שיכול לעוף, ולכן הגיוני להראות אותו מתחת למים כרעיון, אבל עדיין יש להם הרבה עבודה לעשות. "
רועה אופטימי לגבי שיפור הסוללה. הוא מדגיש כי הכימיה של הסוללה שלהם בטוחה לטיפול אך "לא צפופה באנרגיה כפי שהיא יכולה להיות."
"האתגר הוא הגדלת צפיפות האנרגיה תוך כדי ביטחון", הוא אומר. "אנחנו יודעים לאן זה יכול ללכת, אבל עלינו ללכת לשם בזהירות רבה יותר." וכמו כצ'שמן, הוא רואה את העבודה הזו תורמת לרובוטים עתידיים ביבשה, שאפשר להשתמש בהם במשימות חיפוש והצלה. "יצרנו מערכת מתיחה, כך שהצורה שאתה מוגבלת כרגע יכולה להשתנות", מוסיף רועה. "בהחלט, העתיד הוא מערכות היברידיות, לפחות למערכות יבשתיות ... בהן חלקים רכים משמשים לחישה ומכוסים על פני מפעילים אלקטרומכניים ונוזלים."
אמנם יש הרבה התקדמות בתחום הרובוטיקה הרכה, אך דג האריות של רועה מציע כי עד כה לפחות הדברים נעים בשחייה.
