机器“血液”登上Nature：一条假鱼靠它续航36小时，无需固态电池

鱼栗子 乾明 发自 凹非寺 
量子位 报道 | 公众号 QbitAI

机器人能拥有血液系统吗？

可以，而且还能像生物的血液系统一样，为机器的各个组件传递能量。

来，给你看条鱼。

这条机器鱼，不依靠固体电池，靠“血液”系统提供能量，一口气能游36小时。

实现这一壮举的，是来自康奈尔大学和宾夕法尼亚大学的研究人员。

他们的这一研究成果，不仅登上了最新一期的Nature，也成了Nature网站的焦点报道。

这一研究成果发表之后，Twitter上甚至有人爆发了赞叹的粗口：

那么，这到底是怎样的血液？

机器鱼的血

如果是生命体的话，脂肪就是很好的能源了。但机器人呢？

机器人可能不太用得上脂肪，不过血液是能模拟出来。就像人类的血液，可以为肌肉输送氧气和能量那样。

给机器鱼也造出一个血液系统，往各个部位的鱼鳍上传送能量就好了。

它的血液，不是普通的液压液，最大的差别就在于：不止能传递力，还能传递电能。

图上的红色就是“血液”，里面有三碘化物。

流过腹部，流过尾巴，流过各种有鱼鳍的地方。这些位置都有泵，也都有电池组的结构，电池组里有锌。

血液经过电池组，碘离子会把锌氧化。这个过程中，电子流动起来，产生了一个电压。

电子会流过为泵供能的电子元件，泵一开始工作，鱼鳍便可以动起来了。

另外，虽然不是普通的液压液，机器鱼的血也依然有作为液压液的修养，完成力的传递。

比如，鱼要向前游，靠的是尾鳍：把血从尾巴的一侧泵到另一侧，再泵回去。如此往复，鱼便获得了向前的动力。负责转弯的胸鳍，也是同理。

鱼自在游走的时候，血液里的离子会不断消耗，所以依然会没电。

不过根据研究团队的测算，每次输血可以续航36小时。

由于把液压传动和能量储存，集成到了同一个装置里，这条鱼的功率密度，达到了传统液压系统 (电池和液压装置分开) 的325%。

如果没电了，只要再输一次血，鱼就可以恢复元气。

虽然，现在鱼游得还很慢，但研究人员对增加它的功率密度，还是十分有信心的。

现在，团队正在靠增加电池组阳极和阴极的表面积，来提升功率密度。

他们说，这又不像传统的硬体机器人，软体机器人的电池组可以塞到任何地方，只要让外形去适应新加的部件就可以了。

攻克储能难题

正如研究团队和一些网友评论的那样，研究最大的意义，为机器人的一个核心难题储能，提供了一个解决思路。

储能，是机器人实现自动化的“拦路虎”之一。通常情况下，机器人都使用固体电池，集中在一块特定的材料之中。

想要获得更强的能源动力？最直接的办法就是增加更多电池。但固体电池的增加，必然导致机器人重量失衡，从而需要对机器人重新设计，才能保持平衡与性能。

为了解决这个问题，已经有了不少研究。比如，柔性电池，不限于形状，能放到机器人的表面使用；还有结构电池，能同时作为机器的承重构件和储能元件。

现在，康奈尔大学使用携带电能的液压流体，将机器人的储能装置和动力传输介质合为一体，一方面有助于攻克这一难题，也为机器人研究开辟一个新的方向。

除此之外，这种“血液”循环模式的构造，也能够更好地将机器人的各个部分，如控制系统、感知系统、动力系统等紧密结合起来，使机器人成了一个有机的整体。

这样，更像一个有血有肉的生物了。

有一天，特斯拉会不会无需充电，直接输血就行了？

输血背后

这一研究的核心作者，来自康奈尔大学Organic Robots Laboratory。

实验室的负责人为Robert F. Shepherd，康奈尔大学助理教授，也是这一研究的通讯作者。

2010年，Shepherd博士毕业于伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校。研究方向为3D打印、软体机器人等，致力于让机器更高效、更逼真。

这一实验室成立以来，已经制造了不少软体机器人，截止2018年，发表了53篇研究成果，刊登在Science及子刊、Nature及子刊的就有十多篇。

第一作者是Cameron A. Aubin，本科毕业于杜克大学， 目前在康奈尔大学Organic Robots Laboratory攻读博士学位，研究方向为软体机器人、3D打印和医疗设备设计。

他们在论文中表示，关于这次研究的代码和数据，只要需求合理都可以发邮件找他们要。

论文传送门（里面有邮箱地址）：
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1313-1

作者系网易新闻·网易号“各有态度”签约作者

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