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吃污染物的机器人

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    大家好,我是一名工程师,
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    我是做机器人的。
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    当然了,你们都知道什么是机器人,
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    如果你不知道,
    可能会去谷歌搜索一下,
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    问问谷歌,什么是机器人?
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    咱们用谷歌搜一下。
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    这就是我们在谷歌上得到的。
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    你会发现这里有很多
    不同样式的机器人,
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    但它们的结构
    主要是模仿人类的,
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    而且看上去都是常规的样子,
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    因为它们有塑料、有金属,
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    还有发动机、齿轮等等。
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    有些机器人看起来很友善,
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    你可以过去抱一下。
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    也有些看起来不怎么友善,
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    就像是从电影《终结者》里
    直接走出来的一样。
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    其实,他们可能
    真的就从《终结者》来的。
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    有了这些机器人,
    你可以做很多很酷的事情——
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    还有很刺激的事情。
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    但我想去关注另一种机器人——
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    我想做不同种类的机器人。
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    给我灵感的东西
    看起来并不像我们人类,
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    而是像这些。
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    这些便是自然生物有机体,
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    它们能做很多很酷的事、
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    我们和现有的机器人
    都做不到的事。
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    它们能做的很厉害的事
    包括在地面上到处走;
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    去花园,吃农作物;
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    爬树;
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    出入水面;
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    捕捉并消化昆虫等等。
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    所以说,它们所能做的事很有趣。
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    它们出生、呼吸、死亡,
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    他们也从自然环境中摄取食物。
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    这都是我们现有的机器人所不能做的。
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    那么,如果我们可以
    把这些特性的一部分
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    放到未来的机器人身上,
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    来解决一些很有趣的问题,会不会很棒?
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    下面讨论几个环境问题,
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    我们可以在这些环境中
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    应用这些动植物
    拥有的能力和技巧
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    来解决这些问题。
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    我们来看两个环境问题。
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    都是人类造成的——
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    这是人类与环境相互作用,
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    造成的一些不怎么好的后果。
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    第一个问题与人口压力有关。
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    世界人口的压力
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    要求农业生产更多农作物。
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    要做到这一点,
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    农民需要对土地
    使用越来越多的化学品。
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    他们使用的包括
    肥料、硝酸盐、农药——
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    各种促进农作物生长的东西,
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    但这也有负面影响。
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    其中一个负面影响是,
    如果在田里施很多肥料,
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    作物并不能吸收所有的肥料。
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    很多肥料会留在土壤里,
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    然后下雨时,
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    这些化学品流进地下水。
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    顺着地下水,
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    进入小溪、湖泊、河流,
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    最后进入海洋。
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    当这些化学品、硝酸盐
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    进入环境中时,
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    生活在这些环境里的生物
    就会受到影响——
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    比如藻类。
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    藻类热爱硝酸盐,它喜欢肥料,
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    所以它吸收这些化学品。
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    条件适宜时,藻类大量繁殖,
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    繁殖出一堆一堆的新藻。
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    这叫做爆藻。
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    麻烦的是,藻类这样繁殖时,
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    会耗尽水中的氧气。
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    氧气一旦耗尽,
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    水中其它生物就无法生存。
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    那怎么办?
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    我们尝试制造
    会吃水藻的机器人,
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    能把水藻吃光,又很安全。
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    这是第一个问题。
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    而第二个问题也是人类的杰作,
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    是油污染。
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    我们的发动机、船只
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    都会释放出油类。
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    有时候油轮把油箱里的物质排进海里,
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    油就这样进入海水。
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    如果我们可以使用
    能吃掉油污染物的机器人,
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    那是不是很美好?
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    这就是我们正在做的。
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    我们做的是
    能吃掉污染物的机器人。
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    为了实际造出这种机器人,
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    我们从两种生物中获取灵感。
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    右边那张是姥鲨。
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    姥鲨是大型鲨鱼,
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    它是非肉食动物,
    所以你可以跟它一起游泳,
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    就像这样。
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    姥鲨张着大嘴,
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    游过水面,收集浮游生物。
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    同时,它消化食物,
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    在体内产生能量,赖以继续活动。
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    那么,我们能不能
    做个这样的机器人 --
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    像姥鲨一样在水里慢慢前进
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    吃掉污染物?
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    那我们来看看能不能做。
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    另外我们从另一生物得到的灵感。
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    这照片是水船虫。
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    水船虫真的很可爱。
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    它游泳时,
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    用船桨一样的腿向前推自己。
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    那么我们取两者之长处,
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    结合在一起,
    做成一种新型机器人。
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    实际上,因为从水船虫得到的灵感,
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    以及我们的机器人坐在水面上,
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    划行向前,
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    我们就称它为“划水机器人”。
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    所以划水机器人是个
    会划水的机器人。
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    好,那它长什么样子?
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    这是一些照片。
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    你们看,
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    它一点都不像
    我们开头看到的机器人。
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    所以谷歌错了,
    机器人不是它说的那样,
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    机器人长这样。
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    我这里有一只划水机器人。
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    我拿起来给你们看,
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    让你们了解一下它的大小,
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    而且它一点也不像其它机器人。
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    它是塑料的。
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    现在我们来看看
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    划水机器人的组件——
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    使它特别的地方。
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    划水机器人由三个部分组成,
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    就像任何生物的组成部分。
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    它有大脑、
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    有身体、
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    有胃。
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    它需要胃来产生能量。
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    所有划水机器人都有这三部分,
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    就像任何生物都有这三部分一样。
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    我们一个个来看。
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    它有身体,
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    塑料制成的身体,
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    它可以坐在水面上。
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    脚蹼在旁边这里——
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    帮助机器人移动,
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    就像水船虫一样。
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    它的身体是塑料的,
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    但这里有软橡胶做的嘴。
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    这里还有另一张嘴,
    它有两张嘴。
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    为什么要两张嘴?
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    一张让食物进来,
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    另一张让食物出去。
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    所以你们可以看到,
    它有嘴,有臀部,
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    或者是 --
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    排泄的地方,
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    就像真的生物一样。
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    所以它开始有点像那个姥鲨了。
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    那么刚才说的是身体。
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    第二部分是胃。
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    我们需要给机器人输入能量,
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    还需要处理污染。
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    所以污染物从这里进去,
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    机器人会处理一下,
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    中间这里有电池,
    称为微生物燃料电池。
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    我把这个放下,
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    把燃料电池拿起来。
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    这不是电池,
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    也不是传统的供电系统,
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    而是这个——
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    它的胃。
  • 6:36 - 6:38
    它真的是个胃。
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    因为你可以在这边
    放进污染物形式的能量,
  • 6:41 - 6:43
    它就发电。
  • 6:43 - 6:44
    所以这是什么?
  • 6:44 - 6:46
    它叫做微生物燃料电池。
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    它有点像化学燃料电池。
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    你大概在学校看过,
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    或者新闻里看过。
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    化学燃料电池利用氢气和氧气,
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    把两者结合,获得电力。
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    这是成熟的技术,
    在阿波罗太空计划里用过,
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    就是说四、五十年以前就有了。
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    但这个比较新,
  • 7:04 - 7:05
    这是微生物燃料电池。
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    原理相同:
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    氧气在一边,
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    但另一边不是氢气,
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    而是一种混合液。
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    混合液中有活的微生物。
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    如果你拿一些有机材料——
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    可以是某种废品、食物,
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    或者用一点你的三明治 --
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    把它放进这里面,
    微生物会吃掉它,
  • 7:24 - 7:27
    然后把这食物转化成电力。
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    不仅如此,如果微生物的种类正确,
  • 7:30 - 7:33
    你可以用微生物燃料电池
    处理某些污染物。
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    如果选对了微生物,
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    那微生物可以吃掉藻类;
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    如果用另一种微生物,
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    它可以吃掉石油醚和原油。
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    所以你看到了
    如何使用这个胃
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    来不仅处理污染物,
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    而且能用污染物发电。
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    所以这个机器人
    在环境中到处移动,
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    把食物吃进胃里,
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    消化吃进去的食物,发电,
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    再利用电力在环境中继续移动,
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    如此周而复始。
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    那么,我们看看
    划水机器人工作的样子——
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    它划水时的样子。
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    这里有几段影片。
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    你们看到的第一个动作——
    希望大家都能看到,
  • 8:15 - 8:16
    是张开嘴巴。
  • 8:16 - 8:19
    前嘴后嘴都张开,
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    它会一直把嘴张得足够大,
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    然后机器人开始向前划行。
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    它在水中移动,
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    使食物进去,废弃物出来。
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    当它移动够了,
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    就停下,合上嘴巴——
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    慢慢合上——
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    然后就坐在那里,
  • 8:37 - 8:38
    开始消化食物。
  • 8:38 - 8:41
    当然这些微生物燃料电池里
  • 8:41 - 8:42
    有微生物存在。
  • 8:42 - 8:44
    你真正想要的是从这些微生物
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    得到很多能量,并且越快越好。
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    但我们不能强迫微生物,
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    它们每秒只能产生一点点电,
  • 8:51 - 8:54
    发电量是毫瓦或微瓦级。
  • 8:54 - 8:56
    对这个发电量做个比较。
  • 8:56 - 8:58
    比如你的手机,
  • 8:58 - 9:00
    像这种现代一点的。
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    使用手机时,耗电量大约一瓦。
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    所以手机的耗电量
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    是微生物燃料电池的
    一千倍或一百万倍。
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    那我们怎么办呢?
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    划水机器人消化完食物之后,
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    当它吃进食物后,
  • 9:14 - 9:17
    就会坐在那里,
    一直等到食物消化完。
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    那需要几个小时,甚至好几天。
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    划水机器人典型的工作周期
    是这样的:
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    张开嘴,
  • 9:26 - 9:27
    移动,
  • 9:27 - 9:28
    合上嘴,
  • 9:28 - 9:30
    坐在那里等。
  • 9:30 - 9:32
    一旦把食物消化完,
  • 9:32 - 9:34
    就把相同的事情再做一遍。
  • 9:34 - 9:37
    可是你看,
    这是不是很像真的生物啊?
  • 9:37 - 9:39
    跟我们做的事情很像。
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    周六晚上,我们出门,张嘴,
  • 9:41 - 9:43
    把胃塞满,
  • 9:43 - 9:46
    坐在电视机前,消化。
  • 9:46 - 9:49
    觉得消化完了,又重复同样的事。
  • 9:49 - 9:52
    好,如果这次循环很幸运,
  • 9:52 - 9:55
    循环结束时还有足够的剩余能量
  • 9:55 - 9:57
    去做点别的事,
  • 9:57 - 9:59
    比如可以发个短信。
  • 9:59 - 10:00
    我们可以发个短信说,
  • 10:00 - 10:03
    “我最近吃了这么多污染物”,
  • 10:03 - 10:06
    或者“我最近遇到了这东西”,
  • 10:06 - 10:09
    或者“这是我的当前位置”。
  • 10:09 - 10:11
    能够发出“这是我的当前位置”的短信
  • 10:11 - 10:14
    是非常非常重要的。
  • 10:14 - 10:16
    设想一下之前看到的
    水面的油污画面,
  • 10:16 - 10:18
    或者大片藻类。
  • 10:18 - 10:20
    你真的想把划水机器人送过去,
  • 10:20 - 10:22
    把所有污染物吃光,
  • 10:22 - 10:24
    然后你得把它们收回来。
  • 10:24 - 10:25
    为什么?
  • 10:25 - 10:26
    因为目前这些划水机器人
  • 10:26 - 10:28
    和我这里的这只划水机器人,
  • 10:28 - 10:30
    里面有马达、电线,
  • 10:30 - 10:33
    有自己不能生物降解的组件。
  • 10:33 - 10:37
    目前的划水机器人里面
    包括有毒电池等等,
  • 10:37 - 10:39
    你不能把它们留在环境里,
  • 10:39 - 10:41
    所以必须追踪它们的位置。
  • 10:41 - 10:42
    在它们完成工作后,
  • 10:42 - 10:43
    必须回收。
  • 10:43 - 10:46
    这会限制可用机器人的数量。
  • 10:46 - 10:47
    另一方面,
  • 10:47 - 10:50
    如果你的机器人有点像生物体,
  • 10:50 - 10:53
    那它在生命结束时,
  • 10:53 - 10:55
    会死亡且降解消失。
  • 10:55 - 10:56
    所以,
  • 10:56 - 10:59
    如果这些机器人不是
    像现在这样用塑料制成,
  • 10:59 - 11:01
    而是用其它材料,
  • 11:01 - 11:03
    那种丢在外面就可以
    降解消失的材料
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    该有多好?
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    那就会改变我们使用机器人的方式。
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    与其放10个、100个
    机器人到环境中,
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    不得不追踪它们,
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    还要在死掉后
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    收回来,
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    不如放1000个、
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    一百万个、十亿个机器人,
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    就让它们随意散落在环境中。
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    你知道它们寿终时会降解消失,
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    而不需要担心它们的回收。
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    那样会改变你对机器人的想法,
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    以及使用它们的方式。
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    随之而来的问题:
    你能做吗?
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    是的,我们已经证明,
    你也可以做。
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    你可以制造可生物降解的机器人。
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    真正有意思的是,
    你可以使用日常原料,
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    来制造这种可生物降解的机器人。
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    我给大家看几个,
    你们可能会很惊讶。
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    你能用果冻做出机器人。
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    那么取代现在这个马达的是,
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    你可以造出叫做人造肌肉的东西。
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    人造肌肉是一种智能材料,
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    给它通电,
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    它就会收缩、弯曲或扭转,
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    它看起来就像真的肌肉。
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    所以,与其使用马达,
    不如使用人造肌肉。
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    你可以用果冻做人造肌肉。
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    给果冻加点盐,
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    然后鼓捣鼓捣,
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    就做出人造肌肉了。
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    我们还证明了,可以用纸,
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    做微生物燃料电池的胃。
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    因此整个机器人都可以
    用生物降解材料制造。
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    把它们丢出去,
    它们会自己降解消失。
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    这真的非常令人兴奋。
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    这会彻底改变我们对机器人的看法。
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    而且还让你变得有创意,
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    想出更多机器人的用途。
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    我举个例子。
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    如果你能用果冻做机器人——
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    大家都吃果冻吧?
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    那,为什么不这样做?
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    橡皮熊机器人。
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    这里,我准备了几个。
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    好了,我有一袋——
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    我拿了一个柠檬味儿的。
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    我要吃掉这个橡皮熊软糖——
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    这个不是机器人,
    我们得先假装一下。
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    你要拿它做什么用呢?
    把它放进嘴里——
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    柠檬味儿不错。
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    不要太用力嚼,
    机器人可能不喜欢。
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    然后吞下去。
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    然后它进入你的胃。
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    到胃里之后,
    它移动、思考、扭转、弯曲,
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    各种折腾。
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    然后再跑到你的肠道,
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    看看你有没有溃疡或癌症,
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    或许顺便打个针之类的。
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    你知道它完成任务后,
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    会被你的胃消化掉。
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    或者,如果你不愿意,
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    它可以只在你的身体里走个过场,
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    掉进马桶,
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    在环境中安全分解。
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    所以再次说明,
    这会改变我们对机器人的想法。
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    我们从可以吃掉污染物的机器人开始,
  • 13:43 - 13:46
    直到可以被我们吃掉的机器人。
  • 13:46 - 13:48
    希望能给大家一些灵感,
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    看看我们能如何使用
    未来的机器人。
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    谢谢大家!
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    (掌声)
Title:
吃污染物的机器人
Speaker:
乔纳森·罗斯特
Description:

“划水机器人”,一种清除污染物并且靠吃污染物自行发电的机器人。机器人专家乔纳森·罗斯特解释了这种特殊的游泳机器人,它使用微生物燃料电池,能中和爆发的藻类和油污,它会成为可生物降解、自主对抗污染物的机器人的先驱。

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Video Language:
English
Team:
TED
Project:
TEDTalks
Duration:
14:10

Chinese, Simplified subtitles

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