Robots aquatiques utilisent des piles bactériennes pour l’énergie
Université de Binghamton
Des chercheurs ont créé des prototypes de robots insectes équipés de capteurs qui reproduisent les systèmes digestifs biologiques pour générer de l’énergie, utilisent une interface Janus pour un approvisionnement continu en nutriments et glissent sur l’eau comme des patineurs d’eau.
En 2017, la DARPA a lancé un programme pour développer et déployer des milliers de capteurs flottants pour collecter des données environnementales, y compris la température des océans, les conditions maritimes et les mouvements des navires commerciaux, des avions et des mammifères marins.
Cependant, nommé l’Ocean of Things, ce projet ressemble au réseau de dispositifs intelligents chargés de capteurs dans l’Internet des objets. Selon la page du projet, les données de ces capteurs seront téléchargées dans un stockage cloud appartenant au gouvernement pour analyse. L’Ocean of Things soutiendra les opérations militaires et sera accessible aux institutions de recherche et aux entités commerciales.
Le professeur Seokheum Choi développe un robot aquatique alimenté par des bactéries avec un financement de la recherche navale.
Le professeur Seokheum Choi de l’Université de Binghamton développe un tel dispositif depuis environ une décennie, avec un financement du Bureau de la recherche navale. Choi et son équipe ont maintenant créé un petit robot aquatique qui glisse à la surface de l’eau et est alimenté par des bactéries embarquées plutôt que par des sources d’énergie traditionnelles telles que les systèmes solaires, cinétiques ou thermiques.
L’article de l’équipe met en avant les efforts continus pour développer des robots autonomes qui exploitent l’énergie de leur environnement marin. Ces méthodes incluent l’utilisation de l’énergie solaire, de l’énergie cinétique des vagues ou des courants, du potentiel osmotique de l’eau salée, des gradients thermiques et des sources d’énergie entraînées par l’humidité.
Cependant, les chercheurs soulignent que la disponibilité inconstante de la lumière et de l’énergie mécanique dans les environnements marins, ainsi que les rendements énergétiques limités des gradients de salinité, des différences thermiques et de l’humidité, posent des défis significatifs. Ces limitations rendent difficile le fonctionnement fiable et continu des robots aquatiques basés uniquement sur les technologies actuelles de récolte d’énergie.
Université de Binghamton
Nouvelle centrale électrique utilise une pile à combustible microbienne avec Bacillus subtilis pour convertir la matière organique en électricité
Le nouveau système utilise une pile à combustible microbienne comportant des bactéries sporulées Bacillus subtilis. Ce mini-générateur, inspiré de la digestion biologique, convertit la matière organique en électricité grâce à des réactions redox catalytiques.
« Lorsque les conditions sont idéales, les bactéries deviennent actives et génèrent de l’énergie, mais si les conditions sont défavorables, comme le froid extrême ou le manque de nutriments, elles redeviennent des spores », explique Choi. « Cela nous permet de prolonger la durée de vie opérationnelle. »
L’anode de la pile à combustible est fabriquée à partir de tissu de carbone revêtu de polypyrrole, choisi pour sa conductivité excellente et sa capacité à supporter la croissance bactérienne. La cathode, également en tissu de carbone, est revêtue de polypyrrole et de platine pour améliorer la réduction de l’oxygène. Une membrane Nafion 117 est utilisée pour le transfert sélectif des protons.
La centrale électrique comprend des surfaces hydrophobes et hydrophiles pour faciliter le flux unidirectionnel de substrats organiques à partir de l’eau de mer, fournissant des nutriments aux spores bactériennes.
Une seule pile à combustible fournit 135 µW cm^-2; un réseau de six unités produit près d’un milliwatt, alimentant un moteur et des capteurs.
Bien qu’une seule pile à combustible ait atteint une densité de puissance maximale de 135 µW cm^-2 et une tension en circuit ouvert de 0,54 V, l’échelle d’un réseau de six unités a produit près d’un milliwatt de puissance. Bien que modeste, cette sortie est suffisante pour alimenter le petit moteur à courant continu et les capteurs embarqués.
Pour assurer un mouvement fluide, le robot utilise la force de rotation du moteur pour se propulser sur l’eau sans la pousser directement, son design hydrophobe aidant à la flottabilité. De plus, les pattes du robot sont revêtues d’une couche hydrophobe pour l’aider à glisser sur la surface de l’eau comme un patineur d’eau.
L’objectif est de déployer des flottes de petits collecteurs de données selon les besoins, plutôt que d’être limités à un seul endroit pendant toute leur durée de vie opérationnelle.
« Bien que cette recherche démontre avec succès que la mobilité autonome sur les surfaces aquatiques peut être réalisée en utilisant un réseau intégré de piles à combustible microbiennes, des applications pratiques telles que la localisation, la détection et le traitement des signaux pour les robots aquatiques nécessitent encore des développements supplémentaires », a noté l’équipe.
Des travaux supplémentaires sont nécessaires pour évaluer la performance à long terme et l’adaptabilité à différentes conditions environnementales. Cependant, le système actuel démontre la viabilité de ce design innovant.
Lisez l’article original sur : New Atlas
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