仿生“心脏”可有节律泵出液体

发表日期：2013-11-19 点击次数: 827

最近，英国西英格兰大学和布里斯托尔大学研究人员利用一种叫做“形状记忆合金”的智能材料，开发出一种“人造心脏”设备，能把人体排泄物――尿液泵入到未来生态机器人（EcoBot）的“发动机舱”，作为这种自供机器人发电用的原料。相关论文发表在最近的英国《生物灵感与仿生学》杂志上。

EcoBot是一种靠收集废物转化为电能，就能完全自动工作的机器人。现已证明，这种机器人能利用腐烂水果、蔬菜、废水、污浆和人类尿液产生自身所需电力。过去10年来，研究人员已经给EcoBot造出了4种发电机，每种都是由微生物燃料电池来发电，通过活微生物消化废有机物，产生低功率电。但目前的EcoBot是用传统发动机泵给燃料电池输送液体燃料，容易产生机械故障或堵塞。

新的“人造心脏”内体积约24.5毫升，制造材料是由形状记忆合金制成的“人造肌肉”，形状记忆合金能“记得”它们最初的形状，使人造心脏模仿人类心脏的工作模式，通过压缩泵体把液体燃料压出来。

当通电加热时，人造肌肉就会挤压心脏-泵中心的一个柔软区域，将尿液泵出来并达到一定高度，供给EcoBot的燃料电池。断电时人造肌肉会冷却，恢复为它们最初的形状，让心脏-泵休息，以备下一轮循环。以尿液为原料的一组（24个）微生物燃料电池所产生的电力足够给一个电容器充电，储存的电可用于让人造心脏再次起泵。

“人造心脏在机械构造上比传统电动泵更简单，它是靠人造肌肉纤维来产生泵运动，而不是电马达，电马达组装上更复杂。”论文第一作者、西英格兰大学精细打印研究中心的彼得・瓦特斯说，“在城市，它们可以用公共卫生间的尿液再次充电；在农村，可以用从农场收集的液体废弃物。”

未来的EcoBot可以在受到污染或猛兽出没的危险地区执行监控工作，人们只需要很少的维修。瓦特斯说：“我们推测，将来尿液发电的EcoBot将从事环境监控工作，比如检测温度、湿度和空气质量。许多EcoBot在一起，也能作为移动分布式传感网络使用。”