Các nhà khoa học lần đầu tạo ra loại pin mới, giúp robot có thể tích trữ năng lượng lâu dài như chất béo của con người
Một nhóm các nhà khoa học tại Đại học Michigan, Mỹ mới đây đã tạo ra loại pin nhân tạo cho phép robot có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn, giống như cách con người lưu trữ chất béo trong cơ thể.
Ý tưởng đằng sau việc tạo ra loại pin nhân tạo cho robot bắt nguồn từ cách dự trữ năng lượng của nhiều loài sinh vật sống, trong đó có con người. Khi bắt tay nghiên cứu, nhóm phát triển đã nhận ra rằng, hóa ra loại pin mới cũng có thể chứa nhiều năng lượng hơn so với pin lithium-ion.
Nicholas Kotov, giáo sư kỹ thuật tại Đại học Michigan cho biết: “Thiết kế robot thường bị hạn chế vì pin của chúng thường chiếm khoảng 20% hoặc hơn thế trong không gian linh kiện lắp ráp cho robot. Nói cách khác, nó chiếm một tỷ lệ khá lớn trong trong lượng của một con robot”.
Đây rõ ràng là vấn đề lớn và ảnh hưởng không nhỏ đến năng suất của robot. Nhưng theo ý tưởng của nhóm nghiên cứu, họ sẽ sử dụng loại pin kẽm mới để làm tăng mật độ năng lượng.
Mingqiang Wang, một thành viên trong nhóm nghiên cứu cho biết: “ Chúng tôi ước rằng robot sẽ có công suất điện cao hơn gấp 72 lần nếu chúng sử dụng pin kẽm thay cho một viên pin lithium-ion trong cơ thể”.
Ngoài ra loại pin kẽm mới cũng linh hoạt hơn về vị trí gắn trên cơ thể robot, đồng thời phục vụ cho nhiều chức năng khác nhau cùng lúc.
Ahmet Emre, một nghiên cứu sinh về kỹ thuật y sinh chia sẻ: “Pin có thể kiêm nhiệm vụ kép như lưu trữ điện tích và bảo vệ các cơ quan trong cơ thể robot. Điều này rất giống với tính đa năng của các mô mỡ chuyên dự trữ năng lượng trong cơ thể sinh vật sống”.
Kotov nhấn mạnh: “Chúng ta không có một túi chất béo nào. Nó sẽ thật cồng kềnh và tốn rất nhiều năng lượng để chuyển hóa. Do đó việc lưu trữ năng lượng phân tán theo cơ chế sinh học là cách để tạo ra các thiết bị sinh học đạt hiệu quả cao”.
Pin truyền các ion hydroxit giữa hai điện cực kẽm và không khí qua một màng phủ “sợi nano aramid” đặc biệt. Những vật liệu này thường thấy trong áo khoác Kevlar và gel polyme gốc nước. Chúng phần lớn không độc hại. Điều đó có nghĩa là so với pin lithium-ion, pin kẽm mới thân thiện với môi trường hơn nhiều.
Nhưng hiện tại hạn chế của loại pin kẽm mới là nó chỉ có thể duy trì công suất cao trong khoảng 100 chu kỳ sạc, kém xa so với chu kỳ sạc lên tới cả ngàn lần của pin lithium-ion. May mắn thay theo các nhà nghiên cứu, chi phí thay thế pin kẽm khá rẻ và chúng có thể dễ dàng tái chế hơn.
Robot tí hon có thể "uống rượu" thay pin để hoạt động
Các nhà khoa học tại trường ĐH Nam California đã chế tạo thành công một robot với trọng lượng chỉ 88 miligam, và không cần dùng pin để hoạt động.
Từ lâu, các nhà khoa học đã hình dung đến việc chế tạo những chú robot nhỏ bé, có khả năng hoạt động tại các môi trường không thể tiếp cận hoặc quá nguy hiểm đối với con người.
Tuy nhiên, việc tìm cách giữ cho chúng có đủ năng lượng để di chuyển và hoạt động là "điều không tưởng". Lý do là bởi các viên pin dù là nhỏ nhất cũng có kích thước rất lớn đối những chú robot này. Do đó, nếu như mang theo pin, chúng sẽ không thể hoạt động như mong đợi.
Độc đáo robot di chuyển và hoạt động không cần dùng pin
Một nhóm các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Nam California đã tạo ra một bước đột phá, khi chế tạo thành công robot "RoBeetle", với trọng lượng chỉ 88mg, và không cần dùng pin để hoạt động.
Thay vào đó, robot sẽ sử dụng năng lượng từ rượu metylic (metanol) và hệ thống cơ nhân tạo để bò, vượt chướng ngại và mang vác đồ vật trên lưng, trong tối đa 2 giờ đồng hồ.
"RoBeetle" chỉ dài vỏn vẹn 15mm, khiến nó trở thành "một trong những robot tự động nhẹ nhất và nhỏ nhất từng được tạo ra", nhà phát minh Xiufeng Yang - trưởng nhóm nghiên cứu cho biết.
"Chúng tôi muốn tạo ra một robot có trọng lượng và kích thước tương đương với côn trùng thực".
Để khắc phục vấn đề về pin, Yang và các đồng nghiệp đã thiết kế một hệ thống 'cơ nhân tạo' dựa trên nhiên liệu lỏng - cụ thể trong trường hợp này là metanol. Giải pháp này giúp nó dự trữ năng lượng nhiều hơn khoảng 10 lần so với một viên pin có cùng khối lượng.
Các "cơ" trên robot được làm từ dây hợp kim niken-titan (còn được gọi là Nitinol) sẽ bị co lại khi gặp nóng, không giống như hầu hết các kim loại sẽ giãn nở.
Để điều chỉnh nhiệt độ, một sợi dây trên robot sẽ được phủ một lớp bột bạch kim đóng vai trò như chất xúc tác để đốt cháy hơi metanol.
Khi hơi từ thùng nhiên liệu của robot làm cháy bột bạch kim, dây dẫn co lại và một loạt các vi mảnh sẽ đóng lại để ngừng việc đốt cháy. Dây nguội sau đó sẽ nguội, và giãn ra. Quá trình này được lặp đi lặp lại cho đến khi robot hết nhiên liệu.
Một hệ thống "cơ nhân tạo", hoạt động dựa vào cơ chế giãn/nở nêu trên sẽ giúp robot tiến về phía trước như trong video dưới đây.
Robot tí hon hoạt động bằng rượu metylic thay vì chạy pin như các robot khác
Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm robot của họ trên nhiều mặt phẳng và mặt nghiêng khác nhau, được làm từ các vật liệu nhẵn như thủy tinh hay thô ráp như nệm.
Yang cho biết RoBeetle có thể mang tải trọng gấp 2,6 lần trọng lượng của chính nó trên lưng và chạy trong hai giờ khi đầy bình.
Trong tương lai, các robot siêu nhỏ (microbot) như thế này có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau như kiểm tra cơ sở hạ tầng hoặc các nhiệm vụ tìm kiếm cứu nạn sau thiên tai. Chúng cũng có thể được ứng dụng trong các nhiệm vụ như thụ phấn nhân tạo hoặc giám sát môi trường.
Robot kiểm soát chất lượng thay con người Trong nhà máy phụ tùng ôtô Musashi Seimitsu, robot mất 2 giây kiểm tra một sản phẩm, tìm lỗi và loại khỏi dây chuyền. Thời gian tương đương một nhân viên chuyên sâu. Giám đốc công ty, ông Hiroshi Otsuka, cho biết: "Công việc kiểm tra khoảng 1.000 phụ tùng giống hệt nhau ngày này qua ngày khác đòi hỏi rất nhiều kỹ...