За последние годы робототехника сделала колоссальный шаг вперед. Роботы пасут овец в Новой Зеландии и занимаются доставкой лекарств в Руанде. Но какими бы потрясающими возможностями не обладали современные машины, у них есть серьезный недостаток - низкий запас энергии в аккумуляторах. Ученые Мичиганского университета предлагают решать эту проблему с помощью биоморфных батарей. Такие батареи являются одновременно и хранилищем энергии, и структурным компонентом робота. По сути, машина накапливает электроэнергию в частях своего тела, подобно тому, как животные накапливают химическую энергию в жировых запасах.
Как это работает?
В основе технологии лежат дешевые и нетоксичные цинковые батареи. В таких батареях ионы гидроксида движутся между цинковым электродом и воздушным катодом через особую мембрану. Мембрана изготовлена из полимерного геля на водной основе и нановолокон, вроде тех, что используются в кевларовых бронежилетах.
Такая конструкция обеспечивает интересные конструктивные возможности. Например, ученые использовали цинковую батареи в качестве конструкционного материала для маленьких роботов в форме скорпионов и червей:
Батареи были подключены к двигателям роботов, а затем буквально обернуты вокруг машин для защиты их внутренних компонентов. В такой конфигурации батарея служила одновременно и источником питания для робота, и его защитным корпусом.
По эффективности цинковый аккумулятор не уступает традиционным литий-ионным аккумуляторам, которые сегодня используются практически во всех электронных устройствах. Но литий-ионные аккумуляторы сами являются внутренним компонентом и нуждаются в защите. Потому они не могут выполнять роль корпуса или части тела робота. А цинковые - могут.
“Батареи, которые могут одновременно хранить заряд и защищать органы робота, воспроизводят многофункциональность жировых тканей, служащих для накопления энергии у живых существ”, - говорит доктор Ахмет Эмре, один из авторов исследования.
По словам ученых, заменяя отдельные детали роботов многофункциональными цинковыми батареями, можно получить конструкцию, в которой на долю аккумуляторов приходится пятая часть массы всей машины. При этом общий запас энергии можно повысить в 72 раза по сравнению с роботом, использующим единственный литий-ионный аккумулятор.
Исследование опубликовано в журнале Science Robotics.
Если хотите получать новости через мессенджер, подписывайтесь на новый Telegram-канал iGate
