چرا کمبود انرژی ربات‌ها اهمیت دارد؟
این مسئله فقط محدودیت فنی نیست. بلکه مشخص می‌کند ربات‌ها اساساً چه کارهایی را می‌توانند انجام دهند. یک ربات امداد که باتری‌اش فقط ۴۵ دقیقه دوام دارد، شاید نتواند عملیات جست‌وجو را کامل کند. رباتی در مزرعه که هر یک ساعت باید شارژ شود، نمی‌تواند محصولات را به‌موقع برداشت کند. حتی در انبارها یا بیمارستان‌ها، مدت کار کوتاه، باعث پیچیدگی و افزایش هزینه می‌شود.
اگر قرار است ربات‌ها در جامعه نقشی معنادار مانند کمک به سالمندان، جست‌وجو در محیط‌های خطرناک یا همکاری نزدیک با انسان‌ها را ایفا کنند، باید توانایی فعالیت برای ساعت‌ها را داشته باشند نه فقط چند دقیقه.
باتری‌هایی با ترکیب‌های شیمیایی جدید مانند لیتیوم-سولفور و فلز-هوا مسیر امیدبخش‌تری برای آینده فراهم کرده‌اند. این نوع باتری‌ها از لحاظ تئوری چگالی انرژی بسیار بیشتری نسبت به سلول‌های لیتیوم-یونی فعلی دارند. بعضی از آن‌ها به سطح انرژی ذخیره‌شده در چربی حیوانات نزدیک می‌شوند. اگر این باتری‌ها با محرک‌هایی (actuators) کارآمد همراه شوند که بتوانند انرژی الکتریکی را به‌خوبی به حرکت مکانیکی تبدیل کنند، ممکن است ربات‌ها بتوانند با دوام موجوداتی با چربی بدنی پایین برابری کنند یا حتی از آن فراتر بروند
اما حتی این باتری‌های نسل بعدی نیز محدودیت‌هایی دارند: بسیاری از آن‌ها دوباره به سختی شارژ می‌شوند، با گذشت زمان تحلیل می‌روند، یا در پیاده‌سازی‌های واقعی با مشکلات مهندسی روبه‌رو هستند.
شارژ سریع می‌تواند به کاهش زمان خاموشی کمک کند. برخی باتری‌های نوظهور می‌توانند در عرض چند دقیقه شارژ شوند، نه چند ساعت؛ اما این راه‌حل هم هزینه‌هایی دارد: شارژ سریع به عمر باتری آسیب می‌زند، حرارت ایجاد می‌کند و معمولاً به زیرساخت‌های سنگین و پرقدرت شارژ نیاز دارد. حتی با این پیشرفت‌ها، رباتی که از شارژ سریع بهره‌مند است، همچنان باید مرتب متوقف شود و در محیط‌هایی که برق شبکه‌ای در دسترس نیست، این راه‌حل، مشکل اصلی یعنی محدودیت انرژی داخلی را حل نمی‌کند.
به همین دلیل، پژوهشگران در حال بررسی راه‌حل‌های جایگزین مثل سوخت‌های فلزی یا شیمیایی برای ربات‌ها هستند. این راه‌حل درست مثل فرآیند تغذیه‌ی حیوانات است.
راه‌حل جایگزین: سوخت و ساز رباتیک
در طبیعت، حیوانات شارژ نمی‌شوند؛ بلکه غذا می‌خورند. غذا از طریق فرایند گوارش، گردش خون و تنفس به انرژی تبدیل می‌شود. چربی انرژی را ذخیره می‌کند، خون آن را منتقل می‌کند و عضلات از آن استفاده می‌کنند. ربات‌های آینده می‌توانند با «سوخت و ساز مصنوعی» از همین الگو پیروی کنند.
برخی پژوهشگران در حال ساخت سیستم‌هایی هستند که به ربات‌ها امکان «هضم» فلزات یا سوخت‌های شیمیایی و «تنفس» اکسیژن را می‌دهند. برای مثال، راکتورهای شیمیایی مصنوعی که مانند معده عمل می‌کنند، می‌توانند موادی با انرژی بالا مانند آلومینیوم را به برق تبدیل کنند. این کار بر پایه‌ی پیشرفت‌های گسترده در زمینه‌ی خودمختاری ربات‌ها است؛ جایی که ربات‌ها می‌توانند اشیاء را در یک اتاق شناسایی و به سمت آن‌ها حرکت کنند، با این تفاوت که به‌جای گرفتن اشیاء، منابع انرژی را جمع‌آوری خواهند کرد.
به جای باتری مرکزی، انرژی می‌توانند در سراسر بدن و اندام‌های ربات ذخیره شود
پژوهشگران دیگر در حال توسعه‌ی سیستم‌های انرژی بر پایه‌ی مایعات هستند که مانند خون در بدن جریان دارد. یک نمونه‌ی اولیه، ماهی رباتیکی بود که با استفاده از یک مایع چندمنظوره به جای باتری لیتیوم‌یونی استاندارد، چگالی انرژی‌اش را سه برابر کرد. همین تغییر طراحی معادل ۱۶ سال پیشرفت در تکنولوژی باتری بود. این سیستم‌ها می‌توانند به ربات‌ها امکان دهند برای بازه‌های زمانی طولانی‌تری فعال بمانند و از موادی استفاده کنند که انرژی بسیار بیشتری نسبت به باتری‌های امروزی ذخیره می‌کنند.
در بدن حیوانات، سیستم انرژی فقط برای تأمین نیرو نیست. خون دمای بدن را تنظیم می‌کند، هورمون‌ها را منتقل و با عفونت‌ها مقابله می‌کند و همچنین به ترمیم زخم‌ها می‌پردازد. سوخت‌وساز مصنوعی نیز می‌تواند همین نقش‌ها را ایفا کند. ربات‌های آینده ممکن است گرما را با مایعات در حال گردش مدیریت یا خودشان را با مواد ذخیره‌شده یا هضم‌شده ترمیم کنند. به جای یک بسته باتری مرکزی، انرژی می‌تواند در سراسر بدن، در اندام‌ها، مفاصل و بخش‌هایی مانند بافت نرم ذخیره شود.
چنین رویکردی می‌تواند به ساخت ماشین‌هایی منجر شود که نه‌تنها دوام بیشتری دارند، بلکه سازگارتر، مقاوم‌تر و شبیه‌تر به موجودات زنده‌اند.
ربات‌های امروزی می‌توانند مانند حیوانات بپرند و بدوند، اما نمی‌توانند مسافت طولانی طی کنند. بدن آن‌ها سریع و ذهن‌شان در حال پیشرفت است، اما سیستم‌های انرژی‌شان هنوز عقب مانده‌اند. اگر قرار است ربات‌ها به‌طور معناداری در کنار انسان‌ها کار کنند، باید چیزی بیش از هوش و چابکی به آن‌ها بدهیم و آن ویژگی، دوام است.
source