无毒的锌电池为新一代机器人设备供电的潜力

如今的机器人已经具备了一些令人难以置信的能力，无论是在新西兰放羊还是在卢旺达运送医疗物资。如何让它们的性能得到进一步的提升，一直是科学家们近年来的研究重点。其中一种方法是，将它们的一些结构材料加倍作为能量储存，就像动物体内的脂肪一样。

据报道，已有科学家用一种多功能电池演示了这种方法，这种电池可以作为蝎子形机器人的结构材料。他们估计，这项技术可以为未来的机器人提供高达72倍于当前配置的动力。

这项研究是由密歇根大学（University of Michigan）的工程师们完成的，他们正在研究廉价、无毒的锌电池为新一代机器人设备供电的潜力。这些电池通过由水基聚合物凝胶和凯夫拉背心中使用的芳纶纳米纤维制成的膜在锌电极和空气阴极之间传输氢氧离子，这种设计开启了一些有趣的多功能功能。

该团队使用最新版本的锌电池作为结构材料，用于制造蝎子和蠕虫形状的小型机器人。这些电池被连接到机器人的马达中，然后将其包裹起来，以保护内部的脆弱部件。在这种配置下，多功能的生物形态电池既是机器人的结构部件，又是其动力来源，其性能类似于今天使用的典型锂电池。

“就能量密度而言，目前没有其他结构电池能与当今最先进的锂电池相媲美，”该研究的领导者Nicholas Kotov解释说，“但为了尽可能完美，我们对之前的结构锌电池版本进行了10项改进。”

Kotov表示，目前机器人的设计通常会受制于电池的体积，电池占据了其可用机载空间的20%左右，占整体重量的20%左右。根据该团队的说法，结构电池的能量密度可能会在这方面改变游戏规则，例如，可以将送货机器人的续航能力提高一倍，甚至更进一步。

“然而，这并不是极限。”该研究的第一作者Mingqiang Wang表示：“我们估计，如果将机器人的外部也更换为锌电池，与拥有单节锂离子电池相比，机器人的电力容量可以增加72倍。”

这可能不仅适用于今天为送货或仓储物流等应用而制造的机器人，还可能塑造微观尺度上更小的机器人。传统的电池太大、效率太低，无法完成这项工作。

“能够承担双重责任的电池，即储存电荷和保护机器人的‘器官’，复制了脂肪组织在生物中服务于储存能量的多功能性。”Kotov实验室生物医学工程专业的博士生Ahmet Emre说。