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科技前沿：机器人如何实现“自给自足”的能源循环？

近期，宾夕法尼亚大学的研究人员提出了一项创新技术，旨在让机器人具备如同生物体般的“觅食”和“避险”能力，无需依赖传统的外部能源供给。这项技术突破了传统移动机器人能源供给模式的局限，为机器人领域的自给自足提供了可能。

技术原理与挑战

传统的移动机器人能源供给主要分为两大类：内部储能和外部收集。前者如电池，后者则包括太阳能电池板等。然而，电池的重量与储能容量之间存在着矛盾，而太阳能电池板的效率和稳定性也存在局限性。面对这一挑战，工程与应用力学系助理教授詹姆斯·皮库尔（James Pikul）及其团队提出了环境控制电压源（ECVS）的概念。

ECVS：机器人动力的新引擎

ECVS是一种主动电路元件，通过氧化还原反应生成自由电子，并从外部化学键中提取能量，从而在无计算机干预下为移动机器人提供动力。这一设计巧妙地解决了机器人能源供给的问题，使得它们能够“自行寻找食物”，即通过接触特定物质（如金属）来获取动力。

自主导航与避障

研究中展示的ECVS驱动机器人具备了基本的自主导航与“觅食”能力。它们能够在没有中央处理器（CPU）的情况下，通过感知环境中的金属物质，自动转向并“吃掉”金属表面以获取能量，同时还能避开障碍物，如绝缘胶带和粘性绝缘凝胶，展现出了高度的自主性和灵活性。

生物启发与未来应用

这项技术的灵感源自生物体对食物的自然寻求行为。通过模仿细菌的趋化作用——即对外界化学物质刺激的定向反应，ECVS技术允许微型机器人自主感知和响应环境变化，从而执行复杂的逻辑操作。这不仅增强了机器人的自主性，也扩展了其在危险或复杂环境中的应用潜力。

废墟探索与生物化机器人

未来，通过优化ECVS技术，小型机器人有望在废墟和其他危险环境中展现出更灵敏的行动能力。它们能够自主爬行，避开有害表面，通过有益的表面获取能量，同时将传感器送至关键位置，为人类探索未知领域提供支持。

结语：迈向生物化的机器人

机器人学、人工智能与人工生命领域长期致力于模仿生物体的自主导航机制，通过算法实现路径规划与决策。而今，通过ECVS等技术，机器人正逐步实现“生物化”，展现出更强大的自我维护与适应环境的能力，预示着机器人技术的新纪元即将到来。