En un futuro próximo, los robots comerán metal por energía

Los robots son cada vez más útiles en misiones de búsqueda y rescate, desde robots de serpientes que pueden deslizarse a través de espacios estrechos o grietas para llegar a una persona en apuros, hasta drones que pueden volar dentro de pozos de cuevas apretados para recopilar información sobre el sistema de túneles en su interior antes de desplegar unidades más grandes. ¿El problema? Todos estos robots son tan capaces como sus baterías.

Una vez agotada la energía dentro de los bots, deben detener lo que estén haciendo, por importante que sea esa misión, y los operadores deben recargar la batería o cargar una nueva. No sólo eso, pero las baterías dan a los bots un peso indeseable adicional.

Pero ahora, investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Pensilvania han encontrado una manera de eludir esas debilidades. Su “carroñero de metal-aire” (MAS) hace uso de una fuente de energía sin explotar que está literalmente a nuestro alrededor: el metal.

“Muchos de estos robots están permitiendo algunas capacidades realmente notables”, dice James Pikul, profesor asistente de Penn y investigador principal sobre el proyecto Mecánica Popular. “Están siendo hechos hasta la escala en miniatura, pero las baterías no escalan de esa manera”.

A medida que los robots se vuelven cada vez más útiles, están literalmente atados por sus fuentes de energía. Si los investigadores quieren ver un tripling en la capacidad de la batería, podría tomar 20 años, dice Pikul. “Me niego a esperar tanto tiempo.”

En un artículo publicado a principios de este año en Cartas de energía ACS, Pikul y sus colegas describen su proceso de carroñero de aire metálico. El aparato que han diseñado esencialmente “come” metal en su entorno circundante, descomponiendo los enlaces químicos como cómo nuestros cuerpos descomponen los enlaces en los alimentos que digieremos para obtener energía.

“La mayor inspiración de la que nos inspiramos es un poco cursi, pero es comer”, dice Pikul. “Los animales comen y así es como se alimentan a sí mismos. Pero en lugar de comer glucosa, [the robot] come metal.

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El prototipo actual incluye una fina película de tela de carbono con un cátodo incrustado en el interior. El paño de carbono “respira” en el aire a través de trozos de platino que actúan como agentes reductores, tirando de oxígeno del medio ambiente.

Entre la película de carbono y la superficie metálica en cuestión, un hidrogel similar a Jello, cargado de agua salada, actúa como un electrolito, llevando a cabo electrones entre el metal y el cátodo. De esa manera, cuando el hidrogel toca una superficie metálica, esa zona actúa como el ánodo de una batería, dejando pasar los electrones al cátodo, que luego alimenta el dispositivo.

Dependiendo del potencial de oxidación de un metal, diferentes materiales dan al sistema MAS diferentes densidades de energía, dice Pikul. El hierro es abundante, pero producirá menos energía que el aluminio debido a la naturaleza de sus enlaces químicos. El aluminio y el zinc, por su parte, funcionan muy bien. Así que así como nuestros cuerpos metabolizan las manzanas y la pizza de manera diferente, el sistema MAS rompe los bonos en metales de manera diferente.

Ingeniería Penn

Ciertos metales, como el acero inoxidable, están diseñados específicamente para prevenir la corrosión. La oxidación es el culpable de la corrosión y, por lo tanto, del óxido. Debido a que el sistema de Pikul está creando esencialmente lo que él llama “corrosión controlada”, sus nuevos aparatos no serían una gran fuente de energía.

A medida que los robots se han vuelto cada vez más pequeños, desde agentes libélulas hasta robots de colibrí, se ha vuelto más difícil justificar las baterías pesadas. El prototipo de Pikul es 10 veces más denso de energía que las cosechadoras de energía de gama alta (como las células solares) y 13 veces más denso en energía que una batería de iones de litio, por lo que podría eliminar la necesidad de baterías tradicionales en robótica por completo.

El sistema de Pikul tiene más sentido en entornos no estructurados. Debido a que la red eléctrica proporciona un flujo constante de electrones, y las apuestas son bajas, no hay razón por la que su Roomba o un robot de escaneo de estanterías de la tienda de comestibles necesiten una nueva fuente de energía.

Pikul cree que el carroñero de aire metálico podría incluso resultar útil en el espacio algún día. El oxígeno que requiere el sistema es una restricción clara, pero el metal es abundante.

“Los propulsores de cohetes se usan una vez y luego se deshacen de ellos”, dice Pikul. Son liberados y se queman en el espacio. ¿Qué pasaría si, en cambio, el metal extra pudiera ser utilizado para alimentar naves espaciales?

En el ejemplo de búsqueda y rescate, mientras tanto, la tecnología MAS tiene el potencial de salvar vidas. Sólo un viaje de regreso para cambiar la batería de un robot podría ser la diferencia entre encontrar y sacar a una persona de un edificio en llamas y no volver a verla.

Es razón suficiente para alejar a los robots de los cargadores de pared.

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