返回顶部
返回首页
返回首页
新的清除剂技术使机器人可以“消耗”金属以获取能量,新的研究正在弥合电池与太阳能电池板等能量收集器之间的差距,中国机械网,okmao.com
home 您现在的位置: 首页 >汽车及配件>技术中心 > 详细信息
新的清除剂技术使机器人可以“消耗”金属以获取能量,新的研究正在弥合电池与太阳能电池板等能量收集器之间的差距
2020年08月31日    阅读量:969    新闻来源:中国机械网 okmao.com  |  投稿

当电子设备需要自己的电源时,有两种基本选择:电池和收割机。电池在内部存储能量,但是它们很重并且供应有限。太阳能电池板等收割机从其周围环境收集能量中国机械网okmao.com。它绕过了电池的一些缺点,但引入了新的缺点,因为它们只能在特定条件下运行,并且不能很快将能量转化为有用的电能。

新的清除剂技术使机器人可以“消耗”金属以获取能量,新的研究正在弥合电池与太阳能电池板等能量收集器之间的差距 中国机械网,okmao.com

宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院的一项新研究首次以“金属-空气清除剂”的形式缩小了这两种基本技术之间的差距,该技术获得了两全其美的优势。


这种金属空气清除剂的工作原理类似于电池,因为它通过反复断开并形成一系列化学键来提供动力。但是它也像收割机一样工作,因为电力是由其周围环境中的能量提供的:特别是金属和空气清除剂周围空气中的化学键。


结果是电源的功率密度是最好的能量收集器的10倍,能量密度是锂离子电池的13倍。


从长远来看,这种能源可能会成为机器人技术新范式的基础,在机器人技术中,机器通过寻找和“吃掉”金属来保持自身动力,像人类对食物的作用一样,破坏其化学键以获得能量。


在短期内,这项技术已经为两家分拆公司提供了动力。宾夕法尼亚大学年度Y-Prize竞赛的获胜者计划使用金属空气清除剂为发展中国家离网房屋的低成本照明灯供电,并为运输集装箱提供长效传感器,以防盗窃,损坏甚至人身伤害贩运


研究人员,机械工程和应用力学系的助理教授James Pikul与其实验室成员Min Min和Unnati Joshi一起发表了一项研究,在ACS Energy Letters期刊上证明了其清除剂的能力。


开发其金属空气清除剂(MAS)的动机来自于以下事实:构成微型机器人的技术和为机器人提供动力的技术在根本上不匹配。


随着单个晶体管尺寸的缩小,芯片在更小更轻的封装中提供了更多的计算能力。但是,当电池变小时,电池并不能以同样的方式受益。材料中化学键的密度是固定的,因此较小的电池必然意味着较少的键断裂。


皮库尔说:“计算性能和能量存储之间的这种倒置关系使小型设备和机器人很难长时间运行。” “有一些像昆虫一样大的机器人,但是它们只能运转一分钟,然后电池电量耗尽。”


更糟糕的是,增加更大的电池并不能使机器人使用更长的时间。增加的质量将消耗更多的能量来移动,从而抵消了较大电池提供的额外能量。打破这种令人沮丧的倒置关系的唯一方法是寻找化学键,而不是将它们捆绑在一起。


皮库尔说:“像收集太阳能,热能或振动能的收割机一样,收割机正在变得越来越好。” “它们通常用于为离网的传感器和电子设备供电,并且您可能没有人在外面交换电池。问题是它们的功率密度低,这意味着它们无法从环境中吸收能量电池可以提供的速度。”


他说:“我们的MAS的功率密度比最好的收割机高十倍,以至我们可以与电池竞争。它使用的是电池化学物质,但没有相关的重量,因为它吸收了这些化学物质来自环境。”


就像传统电池一样,研究人员的MAS始于连接到其供电设备的阴极。阴极下面是一块水凝胶,这是由聚合物链组成的海绵状网络,通过其携带的水分子在金属表面和阴极之间传导电子。水凝胶充当电解质时,它接触的任何金属表面都将充当电池的阳极,从而使电子流到阴极并为连接的设备供电。


为了他们的研究目的,研究人员将一辆小型电动汽车连接到了MAS。将水凝胶拖到其后,MAS车辆会氧化它经过的金属表面,从而在其尾迹中留下微小的锈蚀层。


为了证明这种方法的有效性,研究人员将他们的MAS车辆驱动器在铝表面上绕圈行驶。该车辆配备了一个小型储水罐,该储水罐不断将水吸入水凝胶中以防止其变干。


“能量密度是可用能量与必须承担的重量之比,” Pikul说。“即使考虑到多余的水的重量,MAS的能量密度也只有锂离子电池的13倍,因为汽车仅需携带水凝胶和阴极,而无需携带提供能量的金属或氧气。”


研究人员还对锌和不锈钢上的MAS车辆进行了测试。不同的金属赋予MAS不同的能量密度,这取决于它们的氧化潜能。


这种氧化反应仅发生在表面的100微米之内,因此,尽管MAS可能会多次重复使用而耗尽所有容易获得的键,但几乎不会对它清除的金属造成重大结构损坏的风险。


由于用途广泛,研究人员的MAS系统非常适合Penn的年度Y-Prize商业竞赛,该竞赛对团队挑战以Penn Engineering开发的新生技术为基础的公司进行挑战。今年的第一名团队Metal Light赢得了10,000美元的奖金,他们的提议是将MAS技术用于发展中国家离网房屋的低成本照明中。排名第二的M-Squared打算在运输集装箱中使用MAS供电的传感器,而后者的奖金为4,000美元。


皮库尔说:“在短期内,我们将看到我们的MAS支持物联网技术,例如Metal Light和M-Squared提出的技术。” “但是真正令我们着迷的是,这项工作背后的动机是它如何改变了我们对机器人设计的思考方式。”


Pikul的许多其他研究涉及通过借鉴自然界的线索来改进技术。例如,他的实验室的高强度,低密度的“金属木材”受到树木细胞结构的启发,他在机器人a鱼上的工作涉及给它提供液体电池循环系统,该系统还可以气动地驱动其鳍片。


研究人员认为他们的MAS借鉴了甚至更基本的生物学概念:食物。


皮库尔说:“随着机器人变得更加智能,功能越来越强大,我们不再需要将自己插入墙壁中。他们现在可以像人类一样为自己寻找能源。” “有一天,一个需要给电池充电的机器人只需要找到一些铝就可以用MAS'进食',这将为其提供足够的动力使其工作直至下顿用餐。”


这项工作得到了海军研究办公室(N00014-19-1-2353)的支持。它部分在辛格纳米技术中心实施,该中心得到了NSF国家纳米技术协调基础设施计划的支持,赠款为NNCI-1542153。


标签:行业资讯今日头条产品资讯机械应用市场评论技术中心汽车及配件机器人新能源汽车 配件与设备 特种机器人通用机器人
免责声明: 本文仅代表作者本人观点,与中国机械网无关。本网对文中陈述、观点判断保持中立,不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。请读者仅作参考,并请自行承担全部责任。本网转载自其它媒体的信息,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在一周内进行,以便我们及时处理。客服邮箱:service@cnso360.com | 客服QQ:23341571
今日头条Show更多
中国机械网手机版MOBILE
扫描二维码,获取手机版最新资讯 中国机械网 您还可以直接微信扫描打开
全站地图

深圳网络警察报警平台 深圳网络警
察报警平台

公共信息安全网络监察 公共信息安
全网络监察

经营性网站备案信息 经营性网站
备案信息

中国互联网举报中心 中国互联网
举报中心

中国文明网传播文明 中国文明网
传播文明

深圳市市场监督管理局企业主体身份公示 工商网监
电子标识