Festo 利用蜂群和忙碌的細(xì)菌營造出熱鬧氛圍

最近，F(xiàn)esto 在漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上展示了多項(xiàng)進(jìn)展。然而，受生物學(xué)啟發(fā)或利用生物學(xué)的創(chuàng)新引起了我們的注意：微型蜂群無人機(jī)和用于氫氣處理的細(xì)菌。

仿生蜂群——能干的蜜蜂

如果您認(rèn)為工業(yè)自動(dòng)化的世界已經(jīng)不能再酷了，那就來看看 Festo 最新的有翼發(fā)明吧。BionicBee 是最小的、也是第一個(gè)能夠群居的自主飛行物體。

超輕型 BionicBee 提供精確的飛行控制。圖片由Festo提供

這款微型無人機(jī)長度僅為 22 毫米，重量約為 34 克，翼展為 24 毫米，支持 15 至 20 Hz 的翼拍頻率。

BionicBee 的開發(fā)人員使用生成設(shè)計(jì)，根據(jù)一組參數(shù)和設(shè)計(jì)原則制定最合適的結(jié)構(gòu)。BionicBee 的設(shè)計(jì)旨在最大限度地減少材料浪費(fèi)，并使用輕質(zhì)框架實(shí)現(xiàn)最佳的空中機(jī)動(dòng)性。

蜜蜂群可以使用采用超寬帶 (UWB) 技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)自主行動(dòng)。該系統(tǒng)由八個(gè) UWB 錨點(diǎn)組成，它們策略性地排列在兩個(gè)層面上，單個(gè)蜜蜂可以精確測(cè)量時(shí)間并確定它們?cè)趨^(qū)域內(nèi)的位置。

Festo 的仿生學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)使用超寬帶來支持 BionicBee 蜂群。圖片由Festo提供

蜜蜂在中央計(jì)算機(jī)的指揮下遵循預(yù)定的飛行模式，因此需要精確的時(shí)間和空間管理以避免碰撞。試飛后，每只蜜蜂都會(huì)自動(dòng)校準(zhǔn)，以優(yōu)化其飛行參數(shù)并考慮制造差異。盡管蜜蜂之間存在個(gè)體差異，但該程序會(huì)考慮硬件變化，以確保對(duì)整個(gè)蜂群進(jìn)行持續(xù)的集中監(jiān)督。

細(xì)菌使氫氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸更加安全

此外，F(xiàn)esto 還開發(fā)了一種低風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)能的儲(chǔ)氫解決方案，該解決方案專注于借助特定種類的細(xì)菌（基伍嗜熱厭氧桿菌）將氫轉(zhuǎn)化為甲酸。該過程使用一種稱為“仿生氫電池”的端到端自動(dòng)化生物技術(shù)系統(tǒng)。氫氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸通常涉及約 150 至 700 bar 壓力下的高壓縮以及極高或極低的溫度，而甲酸可以輕松儲(chǔ)存和運(yùn)輸。 

下面的 Festo 展品提供了一個(gè)小規(guī)模的演示，展示了如何在循環(huán)經(jīng)濟(jì)中應(yīng)用這一技術(shù)。BionicHydrogenBattery 工藝在約 65°C 的低溫和 1.5 巴的壓力下運(yùn)行。

演示將氫氣轉(zhuǎn)化為甲酸并再轉(zhuǎn)化為氫氣的封閉系統(tǒng)。圖片由Festo提供

在上圖中，演示中的七個(gè)流程步驟如下：

1. 生物反應(yīng)器繁殖細(xì)菌。
2. 通過電解水產(chǎn)生氫氣。
3. 細(xì)菌將二氧化碳（CO 2）和氫氣（H 2）轉(zhuǎn)化為甲酸（CH?O?）。
4. 將酸提取到容器中。
5. 酸被運(yùn)輸。
6. 細(xì)菌將甲酸分解成其成分：H2和CO2。
7. 燃料電池利用氫氣產(chǎn)生電能。

氫氣作為一種靈活的化學(xué)成分和可再生能源在制造業(yè)中的應(yīng)用正在不斷增長。氫氣可用作氫燃料電池的燃料，用于運(yùn)行機(jī)器和設(shè)備，減少碳排放，還可用作供暖燃料，取代化石燃料。

此外，氫氣對(duì)制造業(yè)的許多化學(xué)工藝至關(guān)重要，包括甲醇和氨合成。它在金屬熱處理和 3D 打印等增材制造技術(shù)中的應(yīng)用進(jìn)一步凸顯了其在當(dāng)代工業(yè)應(yīng)用中的重要性。氫氣還為使用零星可再生能源的工廠提供了儲(chǔ)能選擇。

Festo 展望未來

Festo 繼續(xù)投資生物反應(yīng)器技術(shù)，以抑制其他藻類和細(xì)菌（例如小球藻和大腸桿菌）的生長。他們還在為生物反應(yīng)器和組件開發(fā)定制的系統(tǒng)解決方案，包括用于氣動(dòng)閥門控制的最新VTUX 閥島。

為了幫助工人做好工業(yè)生物化工作的準(zhǔn)備，F(xiàn)esto 正與斯圖加特地區(qū)工商會(huì)合作提供專業(yè)培訓(xùn)。他們推出了一項(xiàng)新的氣候保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展資格認(rèn)證，其中包括一個(gè)關(guān)于生物轉(zhuǎn)化自動(dòng)化的模塊。該課程面向商業(yè)和工業(yè)技術(shù)培訓(xùn)生。Festo 還正在開發(fā)一種模塊化學(xué)習(xí)方法，向潛在的生物機(jī)電一體化工程師傳授技術(shù)技能和基礎(chǔ)知識(shí)。