自供电虫子可以掠过水面探测环境数据

纽约州立大学宾汉姆顿大学的研究人员开发出了一种能够在水面上滑行的自供电“虫子”，他们希望它能彻底改变水上机器人技术。

未来学家预测，到 2035 年，将有超过一万亿个自主节点作为“物联网”的一部分融入到人类的所有活动中。很快，几乎任何物体(无论大小)都将向中央数据库提供信息，而无需人类参与。

让这个想法变得棘手的是，地球表面 71% 的面积被水覆盖，而水生环境带来了严重的环境和后勤问题。为了应对这些挑战，美国国防高级研究计划局 (DARPA) 启动了一项名为“物联网海洋”的项目。

过去十年，宾汉姆顿大学 教授 Seokheun “Sean” Choi (托马斯·沃森工程与应用科学学院电气 与计算机工程系教员 、 先进传感技术与环境可持续性研究中心 (CREATES) 主任)获得了海研究办公室的研究资金，用于 开发使用寿命可能 为 100 年的细菌供电生物电池。Choi与 2024 届博士生 Anwar Elhadad 和博士生 Yang “Lexi” Gao 共同开发了这种自供电虫子。

新型水下机器人采用类似技术，因为这种技术在恶劣条件下比太阳能、动能或热能系统更可靠。Janus 界面一侧亲水，另一侧疏水，可从水中吸收营养物质并将其保留在设备内部，为细菌孢子的生产提供能量。

“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，“但当环境不利时——例如，天气非常寒冷或缺乏营养——它们就会变回孢子。这样，我们就可以延长使用寿命。”

宾厄姆顿团队的研究表明，发电量接近 1 毫瓦，足以驱动机器人的机械运动以及任何可以跟踪环境数据(如水温、污染水平、商业船只和飞机的运动以及水生动物的行为)的传感器。

能够将机器人派遣到任何需要的地方，这显然比目前的“智能浮标”(固定在一个地方的固定传感器)有了很大的进步。

改进这些水上机器人的下一步是测试哪种细菌最适合在恶劣的海洋条件下产生能量。

“我们使用了非常常见的细菌细胞，但我们需要进一步研究，以了解海洋中这些区域究竟生活着什么，”Choi 说道。“之前，我们证明了多种细菌细胞的组合可以提高可持续性和功率，所以这是另一个想法。也许使用机器学习，我们可以找到细菌物种的最佳组合，以提高功率密度和可持续性。”

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