Нова технологія сміттяра дозволяє роботам харчуватися металом для отримання енергії - ScienceDaily
Коли електроніці потрібні власні джерела живлення, існує два основних варіанти: акумулятори та комбайни. Акумулятори внутрішньо накопичують енергію, але тому є важкими та мають обмежений запас. Комбайни, такі як сонячні панелі, збирають енергію з навколишнього середовища. Це обходить деякі недоліки акумуляторів, але вводить нові, оскільки вони можуть працювати лише в певних умовах і не можуть дуже швидко перетворити цю енергію на корисну енергію.
Нові дослідження Школи інженерних та прикладних наук Університету Пенсільванії вперше заповнюють розрив між цими двома фундаментальними технологіями у формі "поглинача металу і повітря", який отримує найкраще з обох світів.
Цей поглинач металу і повітря працює як батарея, оскільки він забезпечує живлення шляхом багаторазового розриву та утворення серії хімічних зв’язків. Але він також працює як комбайн, оскільки енергія забезпечується енергією в його середовищі: зокрема, хімічні зв’язки в металі та повітрі, що оточують метало-повітряний поглинач.
Результат - джерело живлення, яке має в 10 разів більшу щільність енергії, ніж найкращі комбайни енергії, і в 13 разів більшу щільність енергії, ніж літій-іонні акумулятори.
У довгостроковій перспективі цей тип джерела енергії міг би стати основою для нової парадигми в робототехніці, де машини забезпечують себе завдяки пошуку та «поїданню» металу, руйнуючи його хімічні зв’язки з енергією, як це роблять люди з їжею.
Найближчим часом ця технологія вже забезпечує пару відокремлених компаній. Переможці щорічного конкурсу Y-Prize Пенна планують використовувати поглиначі металевого повітря для живлення недорогих світильників для будинків, що не входять в мережу, у країнах, що розвиваються, та довговічних датчиків для транспортування контейнерів, які можуть попереджати про крадіжку, пошкодження або навіть про людину торгівля людьми.
Дослідники, Джеймс Пікул, доцент кафедри машинобудування та прикладної механіки, разом із Міном Вангом та Уннаті Джоші, членами його лабораторії, опублікували дослідження, що демонструє можливості їхнього сміттєпроводу в журналі ACS Energy Letters.
Мотивація для розробки їх метало-повітряного поглинача (MAS) виникла з того факту, що технології, що складають мозок роботів, і технології, що їх живлять, принципово не співпадають, коли йдеться про мініатюризацію.
Оскільки розмір окремих транзисторів зменшується, мікросхеми забезпечують більшу обчислювальну потужність у менших і легших упаковках. Але акумулятори не отримують однакової вигоди, коли їх стає менше; щільність хімічних зв’язків у матеріалі фіксована, тому менші батареї обов’язково означають меншу кількість зв’язків, що розриваються.
"Це перевернуте співвідношення між обчислювальними характеристиками та накопиченням енергії дуже ускладнює роботу невеликих пристроїв та роботів протягом тривалого періоду часу", - говорить Пікуль. "Існують роботи розміром з комах, але вони можуть працювати лише хвилину, перш ніж у їх батареї закінчиться енергія".
Гірше того, додавання більшої батареї не дозволить роботові прослужити довше; додана маса вимагає більше енергії для руху, заперечуючи додаткову енергію, яку забезпечує більший акумулятор. Єдиний спосіб розірвати ці неприємні зворотні стосунки - це шукати хімічні зв’язки, а не збирати їх.