仿生“心臟”可有節(jié)律泵出液體

發(fā)表日期：2013-11-19 點擊次數(shù): 987

最近，英國西英格蘭大學(xué)和布里斯托爾大學(xué)研究人員利用一種叫做“形狀記憶合金”的智能材料，開發(fā)出一種“人造心臟”設(shè)備，能把人體排泄物――尿液泵入到未來生態(tài)機器人（EcoBot）的“發(fā)動機艙”，作為這種自供機器人發(fā)電用的原料。相關(guān)論文發(fā)表在最近的英國《生物靈感與仿生學(xué)》雜志上。

EcoBot是一種靠收集廢物轉(zhuǎn)化為電能，就能完全自動工作的機器人。現(xiàn)已證明，這種機器人能利用腐爛水果、蔬菜、廢水、污漿和人類尿液產(chǎn)生自身所需電力。過去10年來，研究人員已經(jīng)給EcoBot造出了4種發(fā)電機，每種都是由微生物燃料電池來發(fā)電，通過活微生物消化廢有機物，產(chǎn)生低功率電。但目前的EcoBot是用傳統(tǒng)發(fā)動機泵給燃料電池輸送液體燃料，容易產(chǎn)生機械故障或堵塞。

新的“人造心臟”內(nèi)體積約24.5毫升，制造材料是由形狀記憶合金制成的“人造肌肉”，形狀記憶合金能“記得”它們最初的形狀，使人造心臟模仿人類心臟的工作模式，通過壓縮泵體把液體燃料壓出來。

當(dāng)通電加熱時，人造肌肉就會擠壓心臟-泵中心的一個柔軟區(qū)域，將尿液泵出來并達到一定高度，供給EcoBot的燃料電池。斷電時人造肌肉會冷卻，恢復(fù)為它們最初的形狀，讓心臟-泵休息，以備下一輪循環(huán)。以尿液為原料的一組（24個）微生物燃料電池所產(chǎn)生的電力足夠給一個電容器充電，儲存的電可用于讓人造心臟再次起泵。

“人造心臟在機械構(gòu)造上比傳統(tǒng)電動泵更簡單，它是靠人造肌肉纖維來產(chǎn)生泵運動，而不是電馬達，電馬達組裝上更復(fù)雜。”論文第一作者、西英格蘭大學(xué)精細打印研究中心的彼得?瓦特斯說，“在城市，它們可以用公共衛(wèi)生間的尿液再次充電；在農(nóng)村，可以用從農(nóng)場收集的液體廢棄物。”

未來的EcoBot可以在受到污染或猛獸出沒的危險地區(qū)執(zhí)行監(jiān)控工作，人們只需要很少的維修。瓦特斯說：“我們推測，將來尿液發(fā)電的EcoBot將從事環(huán)境監(jiān)控工作，比如檢測溫度、濕度和空氣質(zhì)量。許多EcoBot在一起，也能作為移動分布式傳感網(wǎng)絡(luò)使用。”