生物是非常復(fù)雜的，當(dāng)我們制造機(jī)器人(甚至是生物啟發(fā)的機(jī)器人)時(shí)，我們大多只是嘗試盡我們所能來匹配動(dòng)物的功能，而不是它們的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。一個(gè)例外是液壓機(jī)器人，其操作原理與蜘蛛相同，通過泵送加壓流體來移動(dòng)肢體。然而，這更像是一種副作用，而不是實(shí)際的生物靈感，因?yàn)橹┲肴匀粨魯C(jī)器人，因?yàn)樗麄儗⒀河米饕簤阂?，并用血液做其他所有事情，比如在需要的地方運(yùn)輸營(yíng)養(yǎng)物和氧氣。

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在本周發(fā)表在“ 自然”雜志上的一篇論文中，來自康奈爾大學(xué)和賓夕法尼亞大學(xué)的研究人員展示了一種機(jī)器人魚類，它使用通過人工循環(huán)系統(tǒng)泵送的合成血液，為肌肉和分布式電源提供液壓動(dòng)力。他們提出的系統(tǒng)“將液壓傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)和儲(chǔ)能的功能結(jié)合到一個(gè)集成的設(shè)計(jì)中，幾何上增加了機(jī)器人的能量密度，使其能夠長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行”，這聽起來很神奇，不是嗎?

這種魚不會(huì)贏得任何沖刺，但它具有令人印象深刻的耐力，最大理論操作時(shí)間超過36小時(shí)，同時(shí)游泳1.5體長(zhǎng)，每分鐘，分鐘。關(guān)鍵在于魚的血液，除了為軟質(zhì)執(zhí)行器提供液壓動(dòng)力外，還可作為氧化還原液流電池的一半。血液是液體三碘化物陰極，其循環(huán)通過浸沒在電解質(zhì)中的鋅細(xì)胞。當(dāng)鋅氧化時(shí)，它釋放電子，為魚的微控制器和泵提供動(dòng)力。這個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的理論能量密度是每升322瓦時(shí)，或大約是每升676瓦時(shí)的一半，你可以在特斯拉的鋰離子電池中找到它。

機(jī)器人魚的內(nèi)部包括兩個(gè)泵，帶翅片致動(dòng)器的模制硅樹脂外殼，微控制器，以及包含柔性電極和包裹在柔軟硅樹脂皮中的陽(yáng)離子交換膜的合成血管系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的電池可能更加能量密集，但如果想要去任何地方，特斯拉也必須在電機(jī)和電池周圍加電。通過使用其血液驅(qū)動(dòng)液壓執(zhí)行器，這種魚效率更高。在魚的內(nèi)部是兩個(gè)獨(dú)立的泵，每個(gè)泵能夠?qū)⒀簭母鞣N儲(chǔ)存器泵送到(或從)致動(dòng)器中。將來自背刺的血液泵入胸鰭將鰭從身體向外推，并將血液從尾巴的一側(cè)泵送到另一側(cè)并再次返回導(dǎo)致游泳運(yùn)動(dòng)。

總的來說，這種魚含有大約0.2升的血液，分布在整個(gè)人造血管系統(tǒng)中，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)在非常基本的水平上，類似于真正的心臟結(jié)構(gòu)。魚的其余部分由結(jié)構(gòu)元素制成，有點(diǎn)像肌肉和軟骨。盡管如此，最好不要在這個(gè)機(jī)器人和一只真正的魚之間畫出太多的相似之處，而且我們可能已經(jīng)在整個(gè)“血液”的東西上略微落后了。但重點(diǎn)是，結(jié)合驅(qū)動(dòng)，力傳遞和儲(chǔ)能對(duì)于這種特殊的機(jī)器人具有顯著的優(yōu)勢(shì)。研究人員表示，大量的優(yōu)化也是可能的，這將帶來性能和效率方面的好處。