Гастробот: робот, питающийся едой! Узнайте, как Университет Южной Флориды разработал устройство, преобразующее пищу в энергию с помощью микробных топливных элементов.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Гастробот, что буквально означает «робот-желудок», — это термин, предложенный в 1998 году директором Института Университета Южной Флориды, доктором Стюартом Уилкинсоном. Гастробот представляет собой «интеллектуальную машину (робота), получающую всю необходимую энергию за счёт переваривания настоящей пищи». Энергия для гастробота может поступать в виде углеводов, липидов и т.п., либо в виде более простого источника, например, спирта. Обычно для питания этого робота используется смесь углеводов и белков. Робот получает эти молекулы посредством микробного топливного элемента (МТЭ), который преобразует пищу в газы и другую потенциальную энергию. Эти газы и жидкости используются для питания, например, водородного топливного элемента, который вырабатывает дополнительную энергию, а также другие газы, необходимые для работы механизмов гастробота. Такие роботы могут выполнять определённые типы так называемых задач «запустил и забыл», например, поддерживать определённую экологическую среду, удаляя инвазивные виды. Они могут использовать данные с оптических датчиков, поступающие в программное обеспечение искусственного интеллекта, для определения подходящей пищи для преобразования в энергию.
Gastrobot, meaning literally 'stomach robot', was a term coined in 1998 by the University of South Florida Institute's director, Dr. Stuart Wilkinson. A gastrobot is " an intelligent machine (robot) that derives all its energy requirements from the digestion of real food." The gastrobot's energy intake may come in the form of carbohydrates, lipids etc., or may be a simpler source, such as alcohol. The energy source commonly used for this robot is a mixture of carbohydrates and protein. The robot gets these molecules through a microbial fuel cell (MFC), which converts the food into gases and other potential energy. The gases and liquids help fuel things such as a hydrogen fuel cell, which helps create more energy—and other gases that help power the gastrobot's mechanics. These robots might be able to perform certain types of so called 'start and forget' missions, such as to help maintain a particular ecological environment by removing invasive species. They might use optic sensors inputs to artificial intelligence software to determine what they can eat for energy conversion.
Технология
Гастроботика в основном фокусируется на использовании микробиологических топливных элементов. Микробные топливные элементы требуют окислительно-восстановительной реакции для генерации электричества. Микробный топливный элемент использует бактерии, которые необходимо питать. Топливный элемент обычно состоит из двух отсеков – анода и катода, разделенных ионообменной мембраной. Сначала, в анодной камере, бактерии извлекают электроны из органического материала и передают их на углеродный электрод. Затем электроны перемещаются через ионообменную мембрану в катодную камеру, где они соединяются с протонами и кислородом, образуя воду. Поток электронов от анода к катоду генерирует электрический ток и напряжение. В настоящее время исследования направлены на использование водородного топливного элемента для усиления энергии, получаемой от микробиологического топливного элемента. Водородный топливный элемент будет использовать побочные продукты микробиологического топливного элемента для производства дополнительной энергии, не требуя дополнительного потребления материала. Требования к гастроботу включают:
Сбор пищи: Должен быть способен собирать пищу в реальных условиях и иметь манипулятор или другой механизм для захвата пищи. Измельчение: Необходим орган, выполняющий функцию "жевания" или разложения пищи на более мелкие частицы для системы. Поступление пищи: "Пищевод" должен перемещать пищу из "рта" в микробиологический топливный элемент. Переваривание: "Желудок", представляющий собой микробиологический топливный элемент, должен производить энергию. Выделение отходов: Гастробот должен удалять отходы, чтобы предотвратить их накопление.
Gastrobotics energy sources mainly focuses on the use of a microbial fuel cell. Microbial fuel cells require an oxidation reduction reaction to generate electricity. A microbial fuel cell uses bacteria, which must be fed. The fuel cell typically contains two compartments, the anode and cathode terminals which are separated by an ion exchange membrane. First, in the anode chamber, the bacteria remove electrons from the organic material and pass the electrons to a carbon electrode. The electrons then move through the ion exchange membrane to the cathode chamber, where they combine with protons and oxygen to form water. The electrons flowing from the anode into the cathode terminals generate electrical current and voltage. From this point, research is exploring using a hydrogen fuel cell to amplify the energy from the microbial fuel cell. The hydrogen fuel cell would use microbial fuel cell byproducts to create more energy without having to consume more material. Gastrobot requirements include:
Harvesting: Must be able to gather food from real world settings and include some sort of arm or other mechanism that grabs food for consumption. Mastication: It needs some type of mouth to "chew" or break down food into smaller pieces for the system. Ingestion: An "esophagus" must move food from the "mouth" to the microbial fuel cell. Digestion: The microbial fuel cell "stomach" must produce energy. Defecation: The gastrobot must remove waste to avoid it building up.
Топливо
Лучший источник топлива для гастробота – это вещества с высоким содержанием углеводов. Овощи, фрукты, зерновые, насекомые и листва – подходящие варианты. Однако он также может перерабатывать органические отходы, такие как моча, анаэробный шлам (биоразлагаемые отходы и сточные воды) и фильтрат с полигонов. Мясо может служить топливом, но содержит слишком много жира для эффективной работы.
The best fuel source for a gastrobot is anything high in carbohydrates. Vegetables, fruit, grains, insects, and foliage are good candidates. However, it can also consume organic waste products such as urine, anaerobic sludge (biodegradable waste and sewage), and landfill leachate. Meat can be a fuel, but contains too much fat to be efficient.
Преимущества
Будущее гастророботики сулит обществу множество потенциальных преимуществ. Независимость робота: Успешный гастробот сможет выполнять задачи без необходимости постоянного контроля со стороны человека. Такая независимость повысит эффективность, позволяя людям сосредоточиться на других задачах. Экологически чистый источник топлива: Гастробот, перерабатывая пищу, потенциально может работать на полностью возобновляемом источнике энергии. В результате расщепления пищи образуются энергия, вода (H2O) и кислород. Этот тип источника энергии позволит роботам функционировать, не нанося вреда окружающей среде.
The future of gastrobotics has many potential benefits to society. Robot independence: A successful gastrobot would not require human supervision to carry out tasks. Independence could improve efficiency by freeing humans to work on other tasks. Eco friendly fuel source: The gastrobot, by breaking down food, potentially runs on a completely green fuel source. After the food breaks down into energy, what is left is H2O and (water and oxygen). This type of energy source might let robots function without adding to pollution.