Mẫu thiết kế “robot chân chèo” (Row-bot).
Đây là một nguyên mẫu robot được thiết kế để có thể tự nâng bổng trên mặt nước trong các ao hoặc hồ bẩn và “ăn” các vi khuẩn trong đó. Sau đó, robot sẽ nghiền các vi khuẩn này trong dạ dày nhân tạo của nó để tạo ra nguồn năng lượng cho chính mình. Bằng cách này, nó tạo ra đủ năng lượng để tiếp tục tự lướt về phía trước nhằm tìm kiếm thêm vi khuẩn để ăn.
“Robot chân chèo” bao gồm hai yếu tố chính: một cơ chế đẩy giúp robot di chuyển xung quanh bằng cách sử dụng một mái chèo (paddle) được vận hành nhờ một động cơ dòng điện một chiều (DC) rất nhỏ 0,75 Watt và phần “dạ dày” của robot – nơi mà một tế bào nhiên liệu vi khuẩn (Microbial Fuel Cell – MFC) sẽ cung cấp dòng điện để động cơ vận hành mái chèo.
Toàn bộ hệ thống hoạt động khi robot hút vào một ít nước và tế bào nhiên liệu MFC sẽ giúp tạo ra điện năng từ các vi khuẩn chứa trong lượng nước đó. Nguồn điện này cho phép robot thực hiện một vài động tác chèo. Và sự di chuyển này sau đó lại giúp robot tiếp tục hút thêm nước bẩn. Quá trình này cứ thế lặp đi lặp lại.
Đây chính là điều tạo cho “robot chân chèo” sự khác biệt so với các loại robot bơi nhỏ gọn tương tự (như Robobee của Harvard Microrobotics); nó hoàn toàn được nạp năng lượng từ môi trường mà nó bơi trong đó.
Loài bọ nước chân chèo mà robot trên mô phỏng theo có các chân được bao phủ dưới lớp lông mao, giúp tối đa hóa diện tích bề mặt trong chuyển động chèo và có thể gập/ xếp lại để giảm thiểu lực cản trong bước tái tạo lượt chèo kế tiếp.
Tương tự vậy, thiết kế của các mái chèo robot có thể thay đổi để tối đa hóa hiệu quả.
Các mái chèo được phát triển từ một cấu trúc phức hợp in 3D với một khung cứng chắc, giúp hỗ trợ cho một màng đàn hồi. Mỗi mái chèo được kéo căng ra để tăng diện tích bề mặt mái chèo trong khi thực hiện chuyển động chèo. Lớp màng đàn hồi có một bản lề (điểm linh hoạt) giúp điều chỉnh góc chém trên một phần mái chèo mà vẫn luôn chìm dưới nước trong bước tái tạo lượt chèo kế tiếp nhằm giảm diện tích mặt trước của nó và do đó, giúp giảm lực cản.
Giống như tế bào nhiên liệu do UWE Bristol phát triển để tạo ra dòng điện từ nước tiểu, MFC được sử dụng trong “robot chân chèo” cũng tương tự như một tế bào nhiên liệu bình thường, ngoại trừ việc nó sử dụng vi khuẩn để tạo ra một dòng điện bằng cách bắt chước các tương tác của vi khuẩn được tìm thấy trong tự nhiên.
Khi các vi sinh vật được cho ăn đường trong điều kiện hiếu khí (nghĩa là có sự hiện diện của oxy), chúng tạo ra CO2 (carbon dioxide) và nước. Tuy nhiên, trong tình trạng kỵ khí (không có oxy) trong một tế bào nhiên liệu MFC, chúng lại tạo ra CO2, proton và electron. Bằng cách này, một dòng điện có thể được tạo ra giữa hai điện cực để sản xuất điện.
Các nhà nghiên cứu tin rằng thiết bị trên có tiềm năng sử dụng cho nhiều mục đích như là một robot tự lập, bao gồm cả trong viễn thám*, tẩy sạch và giám sát môi trường. Theo hướng đó, giai đoạn phát triển dự kiến tiếp theo đối với “robot chân chèo” là việc tích hợp các phân hệ giám sát và điều khiển, cùng với một số kết cấu mạch chuyển đổi bổ sung – tất cả đều được nạp năng lượng bằng MFC.
Các kết quả nghiên cứu trên vừa được trình bày gần đây trong một bài thuyết trình tại Hội nghị quốc tế về các robot và hệ thống thông minh IEEE/RSJ (IROS) năm 2015 ở Hamburg, Đức.
