生物学充满了高度复杂的系统，科学家们长期以来一直在研究这些系统，以模仿它们的机械和化学功能。人和动物的身体之所以如此高效，部分原因在于其各部分的综合多功能性：腿不仅是一种运动机制，也是能量以脂肪形式储存的地方，还是制造血液和将能量运输到别处的长骨家园的细胞。
机器人倾向于划分这些任务，将储能和运动的功能分开。每种功能都有不同的组件，因此较大的设备会阻碍机器人的潜力，特别是在需要重量轻但功率高的无绳机器人中，用于长期探索或搜索和救援任务。
机械工程和应用力学系的助理教授詹姆斯皮库尔(James Pikul)在最近的一篇文章中与其他人合著了《自然》杂志，康奈尔大学的同事展示了一条机器狮子鱼。通过使用液压流体，该团队将能量储存和运动的结合称为“机器人血液”。
“普通机器人由针对特定任务进行了高度优化的组件组成。这种专业化导致机器人性能的妥协，”皮库尔说。“例如，如果我们希望机器人运行更长时间，我们必须添加更多的电池，但为此我们必须移除致动器，以保持相同的重量和大小。”
为了解决这个权衡问题，该团队对其机器人血液和氧化还原液流电池进行了建模，其中一些电池组件以液体形式存储能量，直到需要时通过化学反应转化为电能。在研究人员的机器狮子鱼中，合成血管系统以类似于氧化还原液流电池的方式将能量储存在机器人的血液中，而从机器人血液中提取的能量驱动一个泵，该泵推动相同的液压流体来推动鳍。
使用软体水生机器人及其合成血液是研究人员的自然选择，因为软体机器人通常由液体驱动。他们认为，如果能够吸收已经添加到机器人中的液体，并为其注入额外的功能，就可以通过避免使用固体电池来节省空间和重量。
Pikul对设计优化空间来模糊结构和功能的区别并不陌生。正如这个项目试图在宏观上智能地将储能集成到机器鱼中一样，皮库尔在纳米尺度上也做了同样的事情。他设计了一种叫做金属木材的材料——一种轻质但坚固的材料，具有特别精致的化妆空间，可以注入储能元件。
皮库尔说：“我们创造了机器鱼，以展示给机器人零件添加多种功能如何能够显著提高其性能和功能。”“如果流体只是用来驱动机器人而不储存能量，那么机器人只能行驶八分之一的距离。”
据研究人员称，他们的狮子鱼是第一个将液压传动、运动和能量存储结合到一个系统中的机器人，它可以让机器鱼游泳长达36个小时。他们的研究揭示了多功能机器人设计的未开发潜力，并可能导致具有前所未有的海洋探索能力的软机器人，尽管皮库尔预见了更深远的应用：
“我认为这项工作有趣的未来方向是将更复杂和独特的化学功能集成到流体中，并利用它来制造具有类似于动物能力的新的更好功能的机器人，”皮库尔说。“此外，我认为除了软机器人之外的任何东西都有很好的应用，比如任何使用流体的机器，从硬机器人到电动汽车甚至飞机。”
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