宾厄姆顿大学研发自供电“虫子”可在水面滑行以检测环境数据

宾厄姆顿大学（纽约州立大学宾厄姆顿分校）的研究人员开发了一种自供电的“虫子”，能够在水面滑行，他们希望这将革新水上机器人技术。

他们的研究成果发表在《先进材料技术》期刊上。

未来学家预测，到2035年，将有超过一万亿个自主节点融入人类活动的各个方面，成为“物联网”的一部分。很快，几乎任何物体——无论大小——都将无需人类干预地向中央数据库传送信息。

这一构想的难点在于地球表面71%的面积被水覆盖，水环境带来了重大的环境和后勤问题。为了解决这些问题，美国国防高级研究计划局（DARPA）启动了一个名为“事物之海”的项目。

在过去十年中，宾厄姆顿大学托马斯·J·沃森工程与应用科学学院电气与计算机工程系的教授兼高级传感技术与环境可持续性研究中心（CREATES）主任崔锡勋（Seokheun "Sean" Choi）一直致力于开发可能具有100年保质期的细菌动力生物电池。崔教授与博士生杨“Lexi”高及安瓦尔·埃尔哈达德（Anwar Elhadad）博士共同开发了这种自供电的虫子。

这种新型水上机器人使用类似的技术，因为在不利条件下，它比太阳能、动能或热能系统更可靠。双面界面技术，其中一面亲水，另一面疏水，可以从水中吸收营养物质并将其保留在装置内以促进细菌孢子的产生。

“当环境对细菌有利时，它们会变成营养细胞并产生能量，”他说，“但当条件不利时，例如非常寒冷或缺乏营养时，它们会回到孢子状态。这样，我们就可以延长操作寿命。”

宾厄姆顿团队的研究显示，能量产生接近1毫瓦，这足以操作机器人的机械运动和任何可以跟踪环境数据的传感器，如水温、污染水平、商业船只和飞机的移动以及水生动物的行为。

能够将机器人送到任何需要的地方，这是比当前“智能浮标”——固定在一个地方的传感器——的明显升级。

这些水上机器人的下一步改进是测试哪种细菌在海洋恶劣条件下最适合产生能量。

“我们使用了非常常见的细菌细胞，但我们需要进一步研究以了解那些海洋区域实际存活的细菌，”崔教授说。“之前，我们已经证明多种细菌细胞的组合可以提高可持续性和能量，因此这是另一个思路。也许通过机器学习，我们可以找到最佳的细菌种类组合来提高能量密度和可持续性。”