جدید روبنده تکنولوژی اجازه می دهد تا ربات به “خوردن” فلز برای تولید انرژی

زمانی که الکترونیک نیاز خود به منابع قدرت وجود دارد دو گزینه اساسی: باتری و برداشت. باتری ذخیره انرژی داخلی اما در نتیجه سنگین و عرضه محدود. هرفسترس مانند پانل های خورشیدی جمع آوری انرژی را از محیط خود. این می شود در اطراف برخی از جنبه های منفی از باتری اما معرفی امکانات جدید که در آنها تنها می تواند در شرایط خاصی و نمی تواند به نوبه خود است که انرژی را به قدرت مفید بسیار به سرعت.

تحقیقات جدید از دانشگاه پنسیلوانیا مدرسه مهندسی و علوم کاربردی است که پل زدن شکاف بین این دو اساسی فن آوری برای اولین بار در قالب یک “فلز-هوا روبنده” می شود که بهترین از هر دو جهان.

این فلز-هوا روبنده کار می کند مانند یک باتری است که در آن فراهم می کند قدرت توسط بارها و بارها شکستن و تشکیل یک سری از پیوندهای شیمیایی. اما آن را نیز کار می کند مانند یک رفتگر که در قدرت عرضه شده توسط انرژی در محیط زیست: به طور خاص پیوندهای شیمیایی در فلزی و هوا در اطراف فلز-هوا روبنده.

نتیجه این است که یک منبع قدرت است که 10 بار بیشتر از چگالی توان از انرژی برداشت و 13 بار بیشتر از چگالی انرژی از باتری های لیتیوم یون.

در دراز مدت این نوع منبع انرژی می تواند پایه ای برای یک پارادایم جدید در رباتیک که در آن ماشین خود را نگه دارید powered by دنبال کردن و “خوردن” فلز شکستن آن پیوندهای شیمیایی به صورت انرژی مانند انسان ها را با مواد غذایی است.

در کوتاه مدت این تکنولوژی در حال حاضر برای تأمین یک جفت از اسپین آف شرکت. برندگان پن سالانه Y-جایزه رقابت در حال برنامه ریزی برای استفاده از فلز-هوا رفتگران به قدرت کم هزینه چراغ خاموش-شبکه خانه در جهان در حال توسعه و طولانی مدت سنسور برای ظروف حمل و نقل است که می تواند هشدار به سرقت آسیب و یا حتی قاچاق انسان است.

محققان جیمز Pikul استادیار در دانشکده مهندسی مکانیک و مکانیک کاربردی, همراه با حداقل وانگ و Unnati Joshi, اعضای آزمایشگاه او منتشر شده یک مطالعه نشان دادن خود روبنده قابلیت در مجله ACS انرژی حروف.

انگیزه برای توسعه خود فلز-هوا روبنده یا MAS ناشی از این واقعیت است که فن آوری را تشکیل می دهند که روبات’ مغز و فن آوری است که قدرت آنها را اساسا عدم تطابق زمانی که می آید به کوچک سازی.

به عنوان اندازه از فردی ترانزیستور کوچک تراشه ارائه قدرت محاسباتی کوچکتر و سبکتر بسته است. اما باتری اصلا به نفع راه همان زمانی که کوچکتر شدن; چگالی پیوندهای شیمیایی در یک ماده ثابت هستند بنابراین کوچکتر باتری لزوما به این معنی کمتر قرضه به شکستن.

“این رابطه معکوس بین محاسبات عملکرد و ذخیره سازی انرژی باعث می شود آن را بسیار دشوار است برای در مقیاس کوچک دستگاه ها و ربات ها به کار برای مدت طولانی از زمان” Pikul می گوید. “وجود دارد روبات به اندازه حشرات اما آنها تنها می تواند برای یک دقیقه قبل از خود باتری از انرژی اجرا می شود.”

بدتر هنوز, اضافه کردن یک باتری بزرگتر نمی خواهد اجازه می دهد تا یک ربات به آخرین دیگر; اضافه شده توده طول می کشد تا انرژی بیشتری برای حرکت نافی انرژی اضافی ارائه شده توسط باتری بزرگتر. تنها راه برای شکستن این خسته کننده معکوس رابطه به علوفه برای پیوندهای شیمیایی به جای به بسته بندی آنها همراه است.

“برداشت مانند کسانی که در جمع آوری انرژی خورشیدی حرارتی یا ارتعاشی انرژی بهتر است” Pikul می گوید. “آنها اغلب استفاده می شود به قدرت سنسورها و الکترونیک هستند که خارج از شبکه و که در آن شما ممکن است هر کسی در اطراف به تعویض کردن باتری. مشکل این است که آنها قدرت کم تراکم معنی آنها نمی توانند انرژی را از محیط زیست به عنوان سریع به عنوان یک باتری می تواند در ارائه آن.”

“ما MAS دارای چگالی قدرت که ده ها بار بهتر از بهترین برداشت تا جایی که ما می تواند به رقابت در برابر باتری” او می گوید: “آن را با استفاده از باتری شیمی اما ندارد, همراه, وزن, دلیل مصرف آن در کسانی که مواد شیمیایی از محیط زیست است.”

سنتی مانند باتری محققان’ MAS شروع می شود با یک کاتد که سیمی به دستگاه آن را تأمین. زیر کاتد یک دال از هيدروژل یک اسفنجی شبکه زنجیر پلیمری است که انجام الکترون بین سطح فلز و کاتد از طریق مولکول های آب آن را حمل. با hydrogel اقدام به عنوان یک الکترولیت هر سطح فلز آن را لمس توابع به عنوان آند باتری اجازه می دهد الکترون به جریان به کاتد و قدرت دستگاه متصل.

برای اهداف خود مطالعه محققان متصل کوچک موتوری خودرو به MAS. کشیدن هيدروژل در پشت آن MAS خودرو اکسید فلزی سطوح آن سفر بیش از ترک های میکروسکوپی لایه ای از زنگ زدگی در پی آن است.

برای نشان دادن کارایی این روش محققان به حال خود MAS وسیله نقلیه رانندگی در محافل در یک سطح آلومینیوم. این خودرو مجهز به یک مخزن کوچک است که به طور مداوم ستمکار آب به hydrogel برای جلوگیری از خشک شدن.

“چگالی انرژی نسبت انرژی در دسترس به وزن است که به انجام” Pikul می گوید. “حتی مقاطعه در وزن اضافی آب MAS تا به حال 13 بار چگالی انرژی از یک باتری لیتیوم یون از آنجا که این خودرو تنها برای حمل hydrogel و کاتد و نه فلز یا اکسیژن است که ارائه دهنده انرژی است.”

محققان همچنین آزمایش MAS وسایل نقلیه در روي و فولاد ضد زنگ. فلزات مختلف را MAS مختلف تراکم انرژی بسته به توانایی های بالقوه خود برای اکسیداسیون.

این واکنش اکسیداسیون صورت می گیرد تنها در 100 میکرون از سطح بنابراین در حالی که MAS ممکن است استفاده کنید تا همه به راحتی در دسترس اوراق قرضه با تکرار سفرهای وجود دارد خطر کمی از آن را انجام می دهند قابل توجهی آسیب ساختاری به فلز آن را مهار.

با بسیاری از ممکن است با استفاده از محققان’ MAS سیستم طبیعی بود برای پن سالانه Y-جایزه یک طرح کسب و کار رقابت است که چالش ها و تیم های ساخت شرکت نوپای فناوری های توسعه یافته در پن مهندسی. در این سال برای اولین بار از محل تیم فلزی نور به دست آورده $10,000 برای پیشنهاد خود را به استفاده از MAS تکنولوژی در کم هزینه برای روشنایی خارج از شبکه خانه در جهان در حال توسعه. M-Squared که به دست آورده $4,000 در جایگاه دوم در نظر دارد به استفاده از MAS-مجهز به سنسور در ظروف حمل و نقل.

“در کوتاه مدت ما MAS تأمین اینترنت از چیزهایی که فن آوری های مانند آنچه فلزی نور و M-Squared پیشنهاد” Pikul می گوید. “اما آنچه که واقعا قانع کننده به ما انگیزه این کار این است که چگونه آن را تغییر راه ما فکر می کنم در مورد طراحی روبات.”

خیلی از Pikul دیگر پژوهش شامل بهبود تکنولوژی با در نظر گرفتن نشانه از جهان طبیعی است. برای مثال آزمایشگاه خود را بالا قدرت کم تراکم “چوب فلزی” بود که با الهام از ساختار سلولی از درختان و کار خود را در یک رباتیک lionfish درگیر به آن مایع باتری سیستم گردش خون است که همچنین پنوماتیکی فعال باله های خود.

محققان خود را ببینید MAS به عنوان نقشه کشی حتی اساسی تر بیولوژیکی مفهوم: مواد غذایی است.

“همانطور که ما روبات ها هستند که هوشمند بیشتر و بیشتر قادر ما دیگر خودمان را محدود به متصل کردن آنها به یک دیوار. آنها در حال حاضر می توانید پیدا کردن منابع انرژی برای خود درست مثل آدمها” Pikul می گوید. “یک روز یک ربات است که نیاز به شارژ باتری آن خواهد شد فقط نیاز به پیدا کردن برخی از آلومینیوم به “خوردن” با مسعود که آن را به اندازه کافی قدرت برای این کار تا زمانی که وعده غذایی بعدی خود را.”

این کار پشتیبانی شده توسط دفتر تحقیقات نیروی دریایی grant N00014-19-1-2353. آن انجام شد در بخش سینگ مرکز فناوری نانو است که پشتیبانی شده توسط NSF ملی فناوری نانو هماهنگ زیرساخت برنامه تحت اعطای NNCI-1542153.

tinyurlis.gdv.gdv.htclck.ruulvis.netshrtco.de