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密歇根大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組表明，就像生物脂肪儲備將能量存儲在動物體內(nèi)一樣，新型的可充電鋅電池也被集成到機(jī)器人的結(jié)構(gòu)中以提供更多的能量。

當(dāng)機(jī)器人縮小到微米級或以下（目前的獨立電池太大且效率低下）時，這種增加容量的方法將特別重要。

“機(jī)器人的設(shè)計是由需要電池，往往占據(jù)20％以上的可用空間的限制內(nèi)機(jī)器人，或考慮機(jī)器人的重量的比例相近，”尼古拉斯·科托夫，約瑟夫B.和佛羅倫薩V.塞加卡說工程學(xué)教授，領(lǐng)導(dǎo)研究。

從交付無人機(jī)和自行車車道外出機(jī)器人到機(jī)器人護(hù)士和倉庫機(jī)器人，移動機(jī)器人的應(yīng)用正在激增。在微觀方面，研究人員正在探索可以自我組裝成更大設(shè)備的群機(jī)器人。多功能結(jié)構(gòu)電池可能會釋放空間并減輕重量，但是到目前為止，它們只能補充主電池。

“就能量密度而言，沒有其他報告的結(jié)構(gòu)性電池可以與當(dāng)今最先進(jìn)的先進(jìn)鋰電池相提并論。我們通過10種不同的措施改進(jìn)了先前版本的結(jié)構(gòu)性鋅電池，其中一些措施要好100倍，做到這一點?！笨仆蟹蛘f。

他說，能量密度和廉價材料的結(jié)合意味著電池可能已經(jīng)使傳送機(jī)器人的作用范圍增加了一倍。

第一作者，最近訪問研究人員王明強(qiáng)說：“但是，這不是極限。我們估計，如果機(jī)器人的外觀被鋅電池代替，那么與單節(jié)鋰離子電池相比，機(jī)器人的功率容量將提高72倍?！比タ仆蟹虻膶嶒炇?。

新電池的工作原理是使氫氧根離子在鋅電極和空氣側(cè)之間通過電解質(zhì)膜。該膜部分是由芳族聚酰胺納米纖維（在凱夫拉爾背心中發(fā)現(xiàn)的碳基纖維）和新型水基聚合物凝膠組成的網(wǎng)絡(luò)。凝膠有助于氫氧根離子在電極之間穿梭。

該電池由廉價，豐富且基本無毒的材料制成，比目前使用的電池更加環(huán)保。如果電池?fù)p壞，凝膠和芳族聚酰胺納米纖維將不會著火，這與鋰離子電池中的易燃電解質(zhì)不同。芳族聚酰胺納米纖維可以從退役的防彈衣升級。

為了演示其電池，研究人員嘗試了蠕蟲和蝎子形狀的常規(guī)尺寸和小型玩具機(jī)器人。該團(tuán)隊用鋅空氣電池更換了原來的電池。他們將電池連接到電動機(jī)中，然后將它們包裹在令人毛骨悚然的履帶的外部。

科托夫?qū)嶒炇业纳镝t(yī)學(xué)工程學(xué)博士艾哈邁德·埃姆雷（Ahmet Emre）說：“具有雙重職責(zé)的電池（用于存儲電荷并保護(hù)機(jī)器人的“器官”）可以復(fù)制脂肪組織的多功能性，以將脂肪存儲在生物體內(nèi)?！?/p>

鋅電池的缺點在于，它們可以維持約100個循環(huán)的高容量，而不是我們期望的智能手機(jī)中鋰離子電池的500個或更多。這是因為鋅金屬形成了尖峰，最終刺穿了電極之間的膜。電極之間的強(qiáng)芳族聚酰胺納米纖維網(wǎng)絡(luò)是鋅電池相對較長的循環(huán)壽命的關(guān)鍵。廉價且可回收的材料使電池易于更換。

Kotov表示，除了電池化學(xué)作用的優(yōu)勢外，該設(shè)計還可以使用UM開發(fā)的圖論方法實現(xiàn)從單個電池到分布式能量存儲的轉(zhuǎn)變。

科托夫說：“我們沒有一個單一的脂肪囊，它的體積很大，需要大量的能量轉(zhuǎn)移?！?分布式能量存儲是一種生物方法，是高效生物形態(tài)設(shè)備的一種方法?！?/p>

這項研究的論文將發(fā)表在《科學(xué)機(jī)器人》雜志上，標(biāo)題為“機(jī)器人的生物形態(tài)結(jié)構(gòu)電池”。