ربات هایی که غذا می خورند !

ربات هایی که غذا می خورند !

بعد از ساخت اولین سلول مصنوعی، شاهد پیشرفت کوچک دیگری در زمینه ساخت ارگانیزم های مصنوعی هستیم: سیستم گوارش مصنوعی. توانایی اصلی این سیستم، می تواند کلیدی برای ساخت روبات های مستقل باشد- روبات هایی که بتوانند غذای خود را تامین و تغذیه کنند.
‏در تلاش برای تولید چنین روبات هایی، محققان به استفاده از مواد انرژی زای آلی(1) به عنوان منبع انرژی روی آوردند. روبات ها با داشتن سامانه قابل تغذیه خود قادر خواهند بود برای مدت طولانی تری بدون دخالت انسان کار کنند. چنین روبات هایی در گذشته نیز به نمایش در آمده اند روبات هایی که می توانستند به کمک سلول های سوختی میکروبی یا(2) MFC انرژی تولید کنند. هر چند تاکنون، هیچ کس روی راهی برای دفع زباله زیادی که این روبات ها بر جا می گذارند کار نکرده است.
“کریس ملهویش”(3) مدیر یک آزمایشگاه علوم روباتی می گوید این روبات ها به یک سیستم گوارش مصنوعی احتیاج داشتند. او از سه سال پیش تاکنون به همراه گروه کاری اش روی این موضوع کار کرده است که در نتیجه موفق به ساخت روبات اکوبوت43 شده اند.
ملهویش تاکید می کند که diarrhoea-bot روبات خیلی بهتری خواهد بود. البته این روبات هم زباله تولید خواهد کرد؛ اما اولین روباتی است که با سوخت آلی و بدون کمک انسان کار می کند. مدل های قدیمی تر اکوبوت نشان دادند که می توان نیروی کافی را برای انجام فعالیت های اولیه روبات و بعضی از رفتارهای پیچیده تر روبات، مانند حرکت به سمت منبع نور، تولید کرد. هر چند بعد از تغذیه روبات، کار تمیز کردن و جمع آوری فضولات توسط انسان انجام می شود. با طراحی یک دستگاه گوارش در روبات، اکوبوت3 می تواند به مدت یک هفته به فعالیت خود بدون دخالت انسان ادامه دهد و بدون کمک، از آب و غذای مخصوص خود استفاده کند. اکوبوت مثل یک روبات حرف گوش کن، هر بیست و چهار ساعت یک بار، زباله اش را در یک سطل آشغال خالی می کند.
‏”یروپولوس”(5) می گوید راز این سیستم هاضمه، در استفاده از سیستم بازیابی متکی بر یک پمپ رولی(6) است که با کمک نیروی جاذبه کار می کند. این سیستم مانند روده بزرگ انسان، حرکات موجی شکل همراه با فشاری در طول مجرا ایجاد می کند که باعث خارج شدن مواد زاید از آن می شود. در ابتدای فرایند هضم، روبات با چسبیدن به یک تغذیه کننده، مواد غذایی لازم را به دست می آورد. با این کار، مقداری از محلول نیمه فرآوری شده مغزی وارد دهان روبات می شود و از آنجا بین چهل و هشت MFC مجزا در درون روبات پخش می شود. این مایع در واقع غذایی شامل مواد معدنی، نمک، مخمرها و مواد مغذی دیگر است. هرچند این غذا ظاهر زشتی دارد و به ظاهر بدمزه است، اما برای باکتری های موجود در شکم روبات دلچسب ترین غذاست!
‏در قلب این فرایند، یک واکنش اکسایش-کاهش قرار دارد که در دهلیز آند MFC روبات رخ می دهد. همین طور که باکتری مواد آلی را سوخت و ساز می کند، اتم های هیدروژن آزاد می شوند. الکترون های هیدروژن، به الکترود مهاجرت کرده، جریان الکتریسیته تولید می کنند.
به طور همزمان، یون های هیدروژن از لایه نازک مبادله پروتون عبور می کنند و وارد دهلیز کاتد سلول MFC که حاوی آب است می شوند. در اینجا اکسیژن حل نشده در آب با پروتون ها ترکیب می شود و آب بیشتری تولید می کند. از آنجا که ‏مایع همراه غذا به مرور بخار می شود، روبات باید به طور مرتب آب بنوشد که آن را از یک ورودی دیگر دریافت می کند. سلول ها در دو ردیف بیست و چهارتایی قرار داده و به گونه ای طراحی شده اند که نیروی جاذبه بتواند تمامی مواد هضم نشده باقی مانده را به سمت یک مخزن مرکزی باریک هدایت و در آنجا جمع آوری کند. محتویات به طور مرتب از درون این مخزن بازیافت و به مخزن تغذیه کننده روبات هدایت می شوند تا قبل از دفع شدن، حداکثر انرژی از آن به دست آید.
یروپولوس می گوید: “دفع مواد زاید نه تنها از پرو مسدود شدن سلول ها جلو گیری می کند، بلکه هر گونه ماده اسیدی تولید شده در دستگاه گوارش روبات را که ممکن است باعث مسموم کردن باکتری ها شود، از بین می برد. ” آن طور که از شواهد برمی آید، با وجود فرآیند بازیافت، سلول های سوختی قادرند چیزی در حدود یک درصد انرژی شیمیایی موجود در غذایشان را استخراج کنند. بر پایه توضیحات یروپولوس، روبات در حال حاضر از قطعات موجود در بازار استفاده می کند، بنابراین استفاده از قطعات سفارشی شده و تغییر شکل آنها به نحوی که سطح تماس بیشتری داشته باشند تا باکتری ها بتوانند خود را به آن بچسبانند، می توانند موجب تولید انرژی به مراتب بیشتری شود. “رابرت فینکل اشتاین” که سرپرستی پروژه EATR7 را در سازمان پروژه های تحقیقاتی پیشرفته وزارت دفاع آمریکا (8) برعهده دارد، معتقد است که کار کردن روی فناوری MFC اساسا بی فایده است؛ زیرا در تبدیل انرژی بسیار ناکارآمد و کند است. EATR به جای خوردن یا هضم کردن مواد انرژی زای آلی، انرژی خود را از سوزاندن آن به دست می آورد. دانشمندان این پروژه امیدوارند با استفاده از یک ماشین احتراق جدید، EATR بتواند با مصرف 60 کیلوگرم سوخت زیستی، مسافتی در حدود 160 ‏کیلومتر را طی کند. فینکل اشتاین می گوید که با توجه به انرژی گرمایی به دست آمده از سوخت، این کارایی از حد میانگین یک خودرو بهتر است.
البته یکی از مزیت های MFC این است که تقریبا تمامی انرژی قابل استحصال از سوخت را مصرف می کند، حتی آب اضافی که از فرایند هضم به جا می ماند نیز به نحوی به چرخه مصرف روبات بازگردانده می شود. باکتری های موجود در دستگاه گوارش اکوبوت 3 از صدها
گونه مختلف هستند که می توانند خود را با انواع مختلفی از مواد غذایی تطبیق دهند. یکی از ایده هایی که گروه در حال کار روی آن است – و یکی از دلایلی که از آب اضانی باقی مانده از هضم نیز استفاده می کنند- استفاده از سلول های سوختی به عنوان سیستم تصفیه فاضلاب است. ملهویش به شوخی می گوید: “کسانی که از روبات های گوشتخوار می ترسند نگران نباشند، زیرا بیشتر انرژی به دست آمده صرف تغذیه سیستم گوارش روبات می شود. ضمنا با سرعت حرکت میانگین بیست و یک سانتی متر در روز، احتمال این که روبات بتواند شما را شکار کند خیلی کم است!”