Группе ученых из Мичиганского университета удалось создать «биоморфные батареи», которые позволяют роботам накапливать энергию, подобно тому, как это происходит в организме человека в жировых отложениях, распределенных по всему телу.
Идея состоит в том, чтобы значительно увеличить емкость аккумуляторов для роботов, имитируя распределенные источники энергии живых существ, и, как оказалось, новые батареи могут накапливать гораздо больше энергии, чем обычные литий-ионные.
«Серьезным ограничением в конструкциях роботов является необходимость размещения батареи, которая может занимать от 20 и более процентов доступного пространства внутри робота и добавляет роботу лишнего веса в аналогичной пропорции», — говорит научный руководитель проекта Николас Котов, являющийся профессором инженерного факультета Мичиганского университета.
По словам разработчиков, их новая цинковая батарея обеспечивает значительно более высокую плотность энергии.
«По нашим оценкам, роботы будут иметь источники питания в 72 раза мощнее, если в их конструкции заменить одну литий-ионную батарею на цинковые», — сказал ученый Минцян Ван, написавший статью, посвященную этому исследованию, которая была недавно опубликована в журнале Science Robotics.
Кроме того, новые батареи более универсальны с точки зрения того, где их можно установить на роботе, и они могут одновременно выполнять несколько функций.
«Батареи, которые могут выполнять двойную функцию — накапливать заряд и защищать «органы» робота — воспроизводят многофункциональность жировых тканей, используемых для хранения энергии в организмах живых существ», — говорит аспирант кафедры биомедицинской инженерии Ахмет Эмре.
«У нас нет ни единого мешочка жира, который был бы громоздким по размерам и требовал бы больших затрат на передачу энергии, — добавил Котов. — Распределенное хранение энергии на основе биологического подхода — это путь для создания высокоэффективных биоморфных устройств».
Батарея пропускает ионы гидроксида между цинковым электродом и воздухом через специальную мембрану, покрытую «арамидным нановолокном». Эти материалы применяются в кевларовых жилетах и полимерных гелях на водной основе и практически нетоксичны. Это означает, что по сравнению с литий-ионными батареями новые цинковые батареи намного более экологичны.
Но у них есть своя ахиллесова пята — они способны поддерживать высокую емкость только в течение примерно 100 циклов зарядки, что намного меньше, чем у литий-ионных батарей. К счастью, их замена будет не только относительно дешевой, но и, по словам разработчиков, их можно будет легко перерабатывать.