一个由莱斯大学工程系学生组成的团队制造了一个远程操作的水下机器人，开创了一种通过分解水的燃料电池来控制浮力的新方法。该装置由Oshman工程设计厨房设计和建造，经过一年的高级设计课程，提供了一种更节能的方法来保持中性浮力，这是水下作业的关键组成部分。
该机器人是基于燃料电池的浮力控制装置(bcd)的概念验证，可以降低远程操作或自主水下航行器(auv)的运营成本，其潜在应用范围从环境监测、海洋学研究到军事和工业任务，为传统的推进器驱动的auv提供更安静、更节能的替代方案。
Bay-Max团队成员包括Andrew Bare、Spencer Darwall、Noah Elzner、Rafe Neathery、Ethan Peck和Dan Zislis，他们的项目基于莱斯大学和休斯顿大学研究人员的一篇学术论文，该论文显示，与传统的直流电机推进器设计相比，燃料电池深度控制可以将auv的能耗降低85%。莱斯大学机械工程和生物工程教授法蒂·戈贝尔(Fathi Ghorbel)是该研究的共同作者，也是该团队的发起人。
“大白的学生团队很高兴能够实现基于电解的创新研究理念，”Ghorbel说。“这个想法涉及到将水转化为氢气和氧气来控制auv的浮力，以模仿鱼的鳔。这项研究是我的实验室、莱斯大学劳拉·谢弗教授的实验室和休斯顿大学郑晨教授的实验室合作项目的一部分。
“这项合作研究旨在开发利用可逆质子交换膜燃料电池和水电解槽驱动体积-质量转换的无系绳连续软发动机。通过这个设计项目，大白团队证明了这项技术在AUV与物理世界互动方面的有效性。”
Ghorbel表示，这项技术具有高能效和消除推力噪音的特点，在auv、材料智能、辅助可穿戴设备、自适应和可重新编程的机器人服装和织物等领域有着广泛的应用。
“对我们来说最酷的事情是，这是一项真正尖端的技术，这是以前从未做过的事情，我们正在做的事情，”Bare说。“我们是第一家将这项技术应用于具有俯仰滚动和广泛控制的设备的公司，所以我们对此感到非常兴奋。”
Neathery解释说:“传统的水下机器人使用推进器或大型泵和螺旋桨来改变和保持它们的深度。”
他说:“这可能会有问题，因为这些产品能耗高、重量大、成本高。”
bcd将可逆氢燃料电池(利用电力将水转化为氢和氧，反之亦然)与气球结合在一起，使机器人能够以最小的能量消耗平稳地调整其深度。
Zislis说:“当我们对燃料电池施加电压时，我们可以通过蒸馏水推动燃料电池衬底并电离成两种气体来增加设备的浮力。”“当我们想要保存或恢复能量并减少设备的浮力时，我们会向相反的方向发送电压，从而逆转这一过程。”
因为氢和氧自然地被吸引反应并形成水，反向电解产生的能量可以被设备利用。该机器人还集成了几个不同的传感器，用于收集系统重要信息，更重要的是，收集设备在水下的位置和方向信息。
这些信息被传送到显示核心系统信息的仪表板，机器人位置的实时图形，其相对方向的模拟以及bcd激活状态的自上而下视图。
“仪表盘是我的主要职责，”埃尔兹纳说。“这种设置可以让我们实时监控从机器人的深度到方向的一切。”
该机器人结合了自动稳定算法和深度控制以及车辆的手动控制。
“我们采用了一个真正的电子游戏操纵杆，”达沃尔说，并补充说，这个项目需要他“深入研究控制理论，学习新的软件”。
他说:“我认为，除了收获颇丰之外，这也是一次很好的学习经历。”
该项目于4月11日在Ion举行的年度Huff OEDK工程设计展示会上获得了Willy Revolution杰出创新奖第二名。
佩克说:“花了一年的时间，投入了这么多时间，看到所有工作的成果汇集在一起，真的很有意义。”
由于对汽车工程或机器人技术有共同的兴趣，并且希望将他们的技能运用到自己的舒适区之外的事情上，这个团队聚集在一起。
齐里斯说:“我们大多数人都是在课堂和/或俱乐部认识的，比如学校的火箭俱乐部Rice Eclipse。”“我们受到鼓舞，一起完成这样一个雄心勃勃、令人惊叹的项目，因为我们知道我们会有很好的团队化学反应，这将使我们相互支持和挑战。”
管理系统的相互依赖性是团队面临的一大挑战。
“对于这样一个项目，整合是至关重要的，”Zislis说。“对我来说，另一个收获是为任何给定项目确定明确范围的重要性。有了这个机器人，我们可以专注于很多不同的事情。例如，我们可以致力于提高燃料电池的效率或制造机械臂。
“相反，我们选择让这些其他元素保持简单，以免转移人们对主要部分的注意力，即浮力控制装置。这种决策过程不仅是优秀工程的一部分，而且与生活中的一切都息息相关。”
该团队由Ghorbel、莱斯大学机械工程讲师David Trevas和电气与计算机工程实践教授Gary Woods指导。
莱斯大学提供 引用水下机器人pio 新型节能浮力公司 control(2024年4月25日)从https://techxplore.com/news/2024-04-underwater-robot-energy-efficient-buoyancy.html检索2024年4月26日 作品受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。的有限公司 内容仅供参考之用。
