仿生“心臟”可有節(jié)律泵出液體

發(fā)表日期：2013-11-19 點(diǎn)擊次數(shù): 1144

最近，英國西英格蘭大學(xué)和布里斯托爾大學(xué)研究人員利用一種叫做“形狀記憶合金”的智能材料，開發(fā)出一種“人造心臟”設(shè)備，能把人體排泄物――尿液泵入到未來生態(tài)機(jī)器人（EcoBot）的“發(fā)動(dòng)機(jī)艙”，作為這種自供機(jī)器人發(fā)電用的原料。相關(guān)論文發(fā)表在最近的英國《生物靈感與仿生學(xué)》雜志上。

EcoBot是一種靠收集廢物轉(zhuǎn)化為電能，就能完全自動(dòng)工作的機(jī)器人。現(xiàn)已證明，這種機(jī)器人能利用腐爛水果、蔬菜、廢水、污漿和人類尿液產(chǎn)生自身所需電力。過去10年來，研究人員已經(jīng)給EcoBot造出了4種發(fā)電機(jī)，每種都是由微生物燃料電池來發(fā)電，通過活微生物消化廢有機(jī)物，產(chǎn)生低功率電。但目前的EcoBot是用傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)泵給燃料電池輸送液體燃料，容易產(chǎn)生機(jī)械故障或堵塞。

新的“人造心臟”內(nèi)體積約24.5毫升，制造材料是由形狀記憶合金制成的“人造肌肉”，形狀記憶合金能“記得”它們最初的形狀，使人造心臟模仿人類心臟的工作模式，通過壓縮泵體把液體燃料壓出來。

當(dāng)通電加熱時(shí)，人造肌肉就會(huì)擠壓心臟-泵中心的一個(gè)柔軟區(qū)域，將尿液泵出來并達(dá)到一定高度，供給EcoBot的燃料電池。斷電時(shí)人造肌肉會(huì)冷卻，恢復(fù)為它們最初的形狀，讓心臟-泵休息，以備下一輪循環(huán)。以尿液為原料的一組（24個(gè)）微生物燃料電池所產(chǎn)生的電力足夠給一個(gè)電容器充電，儲(chǔ)存的電可用于讓人造心臟再次起泵。

“人造心臟在機(jī)械構(gòu)造上比傳統(tǒng)電動(dòng)泵更簡單，它是靠人造肌肉纖維來產(chǎn)生泵運(yùn)動(dòng)，而不是電馬達(dá)，電馬達(dá)組裝上更復(fù)雜。”論文第一作者、西英格蘭大學(xué)精細(xì)打印研究中心的彼得?瓦特斯說，“在城市，它們可以用公共衛(wèi)生間的尿液再次充電；在農(nóng)村，可以用從農(nóng)場收集的液體廢棄物。”

未來的EcoBot可以在受到污染或猛獸出沒的危險(xiǎn)地區(qū)執(zhí)行監(jiān)控工作，人們只需要很少的維修。瓦特斯說：“我們推測(cè)，將來尿液發(fā)電的EcoBot將從事環(huán)境監(jiān)控工作，比如檢測(cè)溫度、濕度和空氣質(zhì)量。許多EcoBot在一起，也能作為移動(dòng)分布式傳感網(wǎng)絡(luò)使用。”