Robaki morskie analizujące środowisko wodne
Robaki morskie pomagające w analizie stanu wód na całym świecie przyczyniając się do badania ich ogromnego potencjału.
Naukowcy z Binghamton University, State University of New York, opracowali samowystarczalne „robaki”, które mogą przemieszczać się po powierzchni wody, i mają nadzieję, że zrewolucjonizują one robotykę wodną. Wyniki ich badań zostały opublikowane w czasopiśmie Advanced Materials Technologies.
Futuryści przewidują, że do 2035 roku ponad bilion autonomicznych węzłów zostanie zintegrowanych z wszystkimi aspektami ludzkiej działalności jako część „internetu rzeczy”. Wkrótce praktycznie każdy obiekt – duży czy mały – będzie przesyłał informacje do centralnej bazy danych bez potrzeby zaangażowania człowieka. Wyzwaniem w realizacji tego pomysłu jest fakt, że 71% powierzchni Ziemi pokrywa woda, a środowiska wodne stanowią krytyczne problemy środowiskowe i logistyczne. Aby sprostać wyzwaniom, Agencja Zaawansowanych Projektów Badawczych Obrony Stanów Zjednoczonych (DARPA) rozpoczęła program o nazwie Ocean of Things.
Przez ostatnią dekadę profesor Seokheun „Sean” Choi z Binghamton University pracował nad badaniem biobaterii zasilanych przez bakterie, które mogą osiągnąć żywotność aż do 100 lat. Choi, wraz z Anwarem Elhadadem i doktorantką Yang „Lexi” Gao, opracowali samowystarczalnego robaka.
Nowe roboty wodne wykorzystują podobną technologię, ponieważ jest ona bardziej niezawodna w trudnych warunkach niż systemy wykorzystujące energię słoneczną, kinetyczną czy termiczną. Interfejs Janusa, który jest hydrofilowy z jednej strony i hydrofobowy z drugiej, pozwala na wchłanianie składników odżywczych z wody i utrzymuje je wewnątrz urządzenia, aby wspierać produkcję spór bakteryjnych.
„Kiedy środowisko jest sprzyjające dla bakterii, stają się one komórkami wegetatywnymi i generują energię,” powiedział Choi. „Ale kiedy warunki nie są sprzyjające – na przykład jest bardzo zimno lub brakuje składników odżywczych – wracają do formy przetrwalnikowej. W ten sposób możemy przedłużyć okres operacyjny.”
Badania zespołu z Binghamton University wykazały generację mocy bliską 1 miliwatowi, co wystarcza do obsługi ruchu mechanicznego robota i wszelkich czujników, które mogą monitorować dane środowiskowe, takie jak temperatura wody, poziom zanieczyszczeń, ruchy statków handlowych i samolotów oraz zachowania zwierząt wodnych.
Możliwość wysyłania robotów tam, gdzie są potrzebne, jest wyraźnym postępem w porównaniu z obecnymi „inteligentnymi bojami”, które są stacjonarnymi czujnikami zakotwiczonymi w jednym miejscu.
Następnym krokiem w udoskonalaniu robotów wodnych jest przetestowanie, które bakterie będą najlepsze do produkcji energii w trudnych warunkach oceanicznych. „Użyliśmy bardzo powszechnych komórek bakteryjnych, ale musimy dalej badać, co faktycznie żyje w tych obszarach oceanu,” powiedział Choi. „Wcześniej udowodniliśmy, że kombinacja wielu komórek bakteryjnych może poprawić trwałość i moc, więc to jest kolejny pomysł. Może za pomocą uczenia maszynowego znajdziemy optymalną kombinację gatunków bakterii, aby poprawić gęstość mocy i trwałość.”
Samowystarczalne roboty wodne mają potencjał do szerokiego zastosowania w różnych dziedzinach. Mogą monitorować poziom zanieczyszczeń, śledzić ruchy komercyjnych jednostek pływających i samolotów, a także badać zachowania zwierząt wodnych. Dzięki swojej autonomii i zdolności do samodzielnego zasilania, mogą działać w miejscach trudnodostępnych dla ludzi i tradycyjnych urządzeń.
Pomimo obiecujących wyników, przed zespołem stoją jeszcze wyzwania związane z dalszym rozwojem technologii. Kluczowe będzie zabezpieczenie funduszy na dalsze badania i rozwój prototypów, a także dalsze testy w różnych warunkach środowiskowych.
Rozwój samowystarczalnych robotów wodnych jest krokiem w kierunku bardziej zrównoważonej przyszłości, gdzie technologia może pomóc w ochronie naszego środowiska. Dzięki innowacyjnym rozwiązaniom, takim jak opracowywane przez zespół z Binghamton University, możemy znacznie poprawić monitorowanie i zarządzanie zasobami wodnymi na całym świecie.
Szymon Ślubowski
