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  • 水下机器人没电了怎么办,也许可以吃鱼粪来发电

    行业资讯 | 时间: 2020-11-11 | 新发现杂志 | 编译:阿芬|浏览量:1077

      依靠食粪菌为电池供能,今后人们在海中也能为机器人“加油”了!

      美国海军对鱼粪供能非常感兴趣。

      目前,海军在各项任务(探索海床、定位水下矿藏等)中使用的机器人的自主性并不出众。火星车机器人利用钚核微型反应器来维持多年的自主运行,而美国海军的机器人却只能依靠电池供能,更别提电池的寿命最长也只有几天而已。

      若是把机器人用电缆连接到船上,则会缩小其探测范围。那能否直接在海洋中给机器人充电呢?


     
      美国海军的研究部门将目光投向了已在污水处理厂得到验证的细菌电池,或说生物电池。细菌分解有机物(例如鱼粪)时会产生多余的电子。但这些粒子一旦达到较高浓度就可能产生毒性,因此细菌必须尽快将它们清除。当细菌周围存在氧气时,后者会结合电子与氢离子,形成无害的水。

      那么如何从这种自然现象中制造电流呢?只需将“产生电子”的过程与“生成水”的过程分开,并确保细菌分解有机物的过程中没有氧气参与。将产生的电子通过金属丝输送到另一个含有氧气的隔间,便形成了电流!

      海底废弃物

      2007年,澳大利亚昆士兰大学的研究人员率先在废水处理厂对该系统进行了测试。他们不仅利用细菌分解了大量的有机排泄物,还成功“回收”了其间产生的电流……简直是一举两得!从排泄物的角度来看,海床与污水处理厂并无不同:废弃物从上层水域缓慢而连续地沉积到海底,形成有机物的堆积并被细菌分解。

      基于此,美国海军的微生物学家默里亚·阿里亚斯-托德(Meriah Arias-Thode)带领团队提出了第一代靠鱼粪供能的食粪菌机器人,并进行了测试。将简单的测量仪器放在海床上,每五分钟读取一次温度、氧气含量和水的酸度,直到能量储备耗尽。然后,将仪器带回地面重新充能。


     
      在测试中,部分设备使用了传统电池,而其他设备使用了“鱼粪电池”,后者通过水流进行充电,水流不断带来新鲜的粪便和分解粪便的细菌。

      结果表明,传统电池能维持机器人两个月的自主运行,而“鱼粪电池”提供了一年以上的能量!“这些电池的生产成本可能会更高,但更长的使用寿命能弥补这些额外的成本。”默里亚·阿里亚斯-托德总结道。


     
      细菌电池由两个被膜隔开的电极组成。阳极被聚集在排泄物周遭的细菌包围,浸没在富含有机底物的厌氧菌隔间。细菌呼吸时会消耗有机物,产生二氧化碳并释放氢离子和电子。电子被阳极获取,沿着导线传输到阴极。在阴极处,电子与氢离子和氧气分子反应生成水分子。电子在阳极和阴极之间的转移形成了电流。

      海底加油站

      那什么时候能用粪便为机器人供能,从而探索海洋呢?情况还不好说。目前,生物电池可以提供250至500毫瓦的功率,是LED灯泡功率的十分之一,远远达不到探索型无人机所需的数百瓦功率……

      “即使能起作用,机器人也需要放置在水底整整几个星期才能完全充满电,这不实际。”法国蒙彼利埃机器人技术、微电子学和信息技术联合实验室(LIRMM)的文森特·克勒泽(Vincent Creuze)补充道。

      另一种途径似乎更有可能实现:设计一种大型水下加油站。在海底建造加油站,将细菌产生的电能储存其中,从而为经过的机器人充电。由此,“加油”似乎具有了全新的意义。

      撰文 Simon Devos

      编译 周玉府

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