A principios de este año, el robot terminó medio maratón en Beijing por poco menos de 2 horas y 40 minutos. Es más lento que el ganador humano, que es solo más de una hora, pero sigue siendo una hazaña remilical. Muchos corredores recreativos estarían orgullosos de ese tiempo. El robot mantuvo su tempo más de 13 millas (21 kilómetros).
Pero no lo hizo así por un cargo único. Además de la carretera, el robot tuvo que detenerse y que las baterías fueron reemplazadas tres veces. Este detalle, aunque se pasa por alto fácilmente, habla sobre un desafío integral en robótica: energía.
Los robots modernos pueden moverse con una agilidad increíble, imitando la locomoción animal y ejecutar tareas complejas con precisión mecánica. En muchos sentidos, hicieron biología en coordinación y eficiencia. Pero cuando se trata de resistencia, los robots aún se quedan cortos. No están cayendo por esfuerzo, simplemente se quedan sin poder.
Como investigador de robótica, se enfoca en los sistemas de energía, estudio completamente este desafío. ¿Cómo pueden los investigadores dar a los robots para mantener el poder de los seres vivos, y por qué seguimos tan lejos de ese objetivo? Aunque la mayoría de la investigación de robótica en el problema de energía se centró en mejores baterías, existe otra posibilidad: construir robots que comen.
Los robots se mueven bien pero se quedan sin dinero
Los robots modernos son extremadamente buenos en movimiento. Gracias a las décadas de investigación en biomecánica, controles motores, maquinaria como Boston Dynamics "y Atlas pueden caminar, correr y escalar la agilidad que una vez se veía fuera de alcance. En algunos casos, sus motores son aún más efectivos que los músculos animales.
Pero la resistencia es otro asunto. Por ejemplo, el video solo puede funcionar 90 minutos con una carga completa. Después de eso, necesita casi una hora para llenar. Estos carriles están lejos de un grito de ocho a 12 horas que se esperan de los trabajadores humanos, o la posición de varios días del trineo.
La pregunta no es cómo se mueven los robots, así es como mantienen energía. La mayoría de los robots móviles de hoy usan baterías de iones de litio, el mismo tipo ubicado en teléfonos inteligentes y automóviles eléctricos. Estas baterías son confiables y ampliamente disponibles, pero su rendimiento se mejora con un ritmo lento: cada año las nuevas baterías de iones de litio son aproximadamente un 7% mejores que la generación anterior. En ese ritmo, debería estar lleno de décadas solo duplicar el robot robot.
Los robots como Boston Dynamic Atlas son extremadamente capaces, por cantidades de tiempo relativamente cortas.
Los animales de la energía del almacén en la grasa, que es extremadamente gruesa de energía: casi 9 kilovatios-horas por kilogramo. Tiene aproximadamente 68 kWs en total en trineos, similar a la energía en Tesla Model 3 totalmente cargado. Las baterías de iones de litio, vs., almacenan solo parte de él, aproximadamente 0.25 kilovatios-horas por kilogramo. Incluso con motocicletas altamente eficientes, un robot como un lugar debería ser decenas de veces más potentes que hoy para armonizar la resistencia del perro de la San.
Y la recarga no siempre es una opción. En desastres, el desastre, los campos remotos o las misiones a largo plazo, el zócalo de pared o la batería de repuesto no pueden no estar a la vista.
En algunos casos, los diseñadores de robots pueden agregar más baterías. Pero más baterías significan más peso, lo que aumenta la energía requerida para moverse. Existe un equilibrio cuidadoso entre la carga útil, el rendimiento y la resistencia, en robots móviles altos. Por ejemplo, por ejemplo, la batería ya representa el 16% de su peso.
Algunos robots usaron paneles solares, y teóricamente podría extender el tiempo de rendimiento, especialmente para tareas de baja potencia o en entornos ligeros y soleados. Pero en la práctica, la energía solar proporciona muy poca energía en relación con lo que los robots móviles necesitan caminar, correr o volar a velocidades prácticas. Es por eso que Energy Vintage es como los paneles solares de hoy en día sigue siendo una solución para el nicho, más adecuado para robots estacionarios o ultra bajos.
¿Por qué es importante?
Estas no son solo restricciones técnicas. Definen qué pueden hacer los robots.
El robot de rescate con una batería de 45 minutos puede no durar lo suficiente como para completar la búsqueda. La granja de robots que se detiene para llenarse a cada hora no puede ser a tiempo para que no se pueda follar. Incluso en almacenes u hospitales, los runtids cortos agregan complejidad y costos.
Si los robots deben desempeñar roles significativos en la sociedad que ayuden a las personas mayores, explorando entornos peligrosos y trabajar con personas, necesitan resistencia para permanecer activos durante horas, no minutos.
Las nuevas baterías químicas como el litio-azufre y el aire metálico ofrecen toda la pista prometedora. Estos sistemas tienen una densidad de energía teórica mucho mayor que las células de iones de litio actuales. Algunos niveles de acceso vistos en la grasa animal. Cuando se evaporan con actuadores que convierten efectivamente la electricidad de la batería al trabajo mecánico, podrían permitir que los robots coincidan o incluso crucen a los animales con una máscara de grasa corporal baja. Pero incluso estas baterías para las siguientes generaciones tienen restricciones. Es mucho difícil llenarse, degradarse con el tiempo o enfrentar barreras de ingeniería en los sistemas del mundo real.
La carga rápida puede ayudar a reducir el tiempo de inactividad. Algunas baterías emergentes se pueden recargar en minutos que horas. Pero hay compromisos. Las cepas de carga rápida duran la duración de la batería, aumenta el calor y a menudo requiere una infraestructura pesada para el efecto de llenado. Incluso con mejoras, aún se debe detener un robot de relleno rápido. En entornos sin acceso a la potencia, esto no resuelve el problema básico de la energía limitada a bordo. Por lo tanto, los investigadores investigan alternativas como los robots de "combustibles" con metal o combustibles químicos, como los animales que se comen, para eludir los límites de llenado eléctrico.
Los robots podrían algún día ser una cosecha de energía de materiales para una alta densidad de energía, como el aluminio a través de sistemas digestivos y vasculares sintéticos. Alternativa de Iichao Shi y James Pikul: metabolismo robótico
En la naturaleza, los animales no se llenan, se comen. La comida se convierte en energía a través de la digestión, la circulación y la respiración. El protector gordo conserva esa energía, la sangre se mueve y los músculos lo usan. Dado que los robots podrían seguir un borrador similar con metabolismos sintéticos.
Algunos investigadores construyen sistemas que dejan los robots "digerir" de metal o combustibles químicos y oxígeno respiratoria. Por ejemplo, los reactores químicos sintéticos en el estómago pueden convertir materiales de alta energía como el aluminio en electricidad.
Esto está en muchos progresos en la autonomía del robot, donde los robots pueden sentir artículos en la habitación y recogerlos, pero aquí tomaría fuentes de energía.
Otros investigadores desarrollan sistemas de energía basados en líquidos que circulan como la sangre. Un ejemplo temprano, los peces robóticos, triplicaron su densidad de energía utilizando un líquido multifunción en lugar de una batería estándar de iones de litio. Este cambio de diseño individual entregó el equivalente de 16 años de mejora de la batería, no a través de una nueva química, sino a través del enfoque bioinstalado. Estos sistemas podrían permitir que los robots funcionen mucho más tiempo al mismo expirar, extrayendo energía de materiales que almacena energía mucho mayor que las baterías de hoy.
En los animales, el sistema de energía funciona más que solo dar energía. La sangre ayuda a controlar la temperatura, entregar hormonas, combatir infecciones y reparar heridas. Los metabolismos sintéticos podrían hacer lo mismo. Los robots futuros pueden manejar el calor utilizando líquidos en un círculo o curados con materiales preservados o digeridos. En lugar de la batería central, la energía podría almacenarse en todo el cuerpo en extremidades, articulaciones y componentes blandos de tissuelike.
Este enfoque podría conducir a máquinas que no duran más, sino más adaptables, más resistentes y la vida y la vida.
Final
Los robots de hoy pueden saltar y correr como animales, pero no puedo alejarme.
Sus cuerpos son rápidos, sus mentes mejoran, pero sus sistemas de energía no se pidieron. Si los robots trabajarán junto con las personas de manera significativa, tendremos que darles más que inteligencia y agilidad. Tenemos que darles resistencia.
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