如今的機(jī)器人已經(jīng)具備了一些令人難以置信的能力，無論是在新西蘭放羊還是在盧旺達(dá)運(yùn)送醫(yī)療物資。如何讓它們的性能得到進(jìn)一步的提升，一直是科學(xué)家們近年來的研究重點(diǎn)。其中一種方法是，將它們的一些結(jié)構(gòu)材料加倍作為能量儲存，就像動物體內(nèi)的脂肪一樣。

據(jù)報道，已有科學(xué)家用一種多功能電池演示了這種方法，這種電池可以作為蝎子形機(jī)器人的結(jié)構(gòu)材料。他們估計，這項技術(shù)可以為未來的機(jī)器人提供高達(dá)72倍于當(dāng)前配置的動力。

這項研究是由密歇根大學(xué)（University of Michigan）的工程師們完成的，他們正在研究廉價、無毒的鋅電池為新一代機(jī)器人設(shè)備供電的潛力。這些電池通過由水基聚合物凝膠和凱夫拉背心中使用的芳綸納米纖維制成的膜在鋅電極和空氣陰極之間傳輸氫氧離子，這種設(shè)計開啟了一些有趣的多功能功能。

該團(tuán)隊使用最新版本的鋅電池作為結(jié)構(gòu)材料，用于制造蝎子和蠕蟲形狀的小型機(jī)器人。這些電池被連接到機(jī)器人的馬達(dá)中，然后將其包裹起來，以保護(hù)內(nèi)部的脆弱部件。在這種配置下，多功能的生物形態(tài)電池既是機(jī)器人的結(jié)構(gòu)部件，又是其動力來源，其性能類似于今天使用的典型鋰電池。

“就能量密度而言，目前沒有其他結(jié)構(gòu)電池能與當(dāng)今最先進(jìn)的鋰電池相媲美，”該研究的領(lǐng)導(dǎo)者Nicholas Kotov解釋說，“但為了盡可能完美，我們對之前的結(jié)構(gòu)鋅電池版本進(jìn)行了10項改進(jìn)。”

Kotov表示，目前機(jī)器人的設(shè)計通常會受制于電池的體積，電池占據(jù)了其可用機(jī)載空間的20%左右，占整體重量的20%左右。根據(jù)該團(tuán)隊的說法，結(jié)構(gòu)電池的能量密度可能會在這方面改變游戲規(guī)則，例如，可以將送貨機(jī)器人的續(xù)航能力提高一倍，甚至更進(jìn)一步。

“然而，這并不是極限。”該研究的第一作者M(jìn)ingqiang Wang表示：“我們估計，如果將機(jī)器人的外部也更換為鋅電池，與擁有單節(jié)鋰離子電池相比，機(jī)器人的電力容量可以增加72倍。”

這可能不僅適用于今天為送貨或倉儲物流等應(yīng)用而制造的機(jī)器人，還可能塑造微觀尺度上更小的機(jī)器人。傳統(tǒng)的電池太大、效率太低，無法完成這項工作。

“能夠承擔(dān)雙重責(zé)任的電池，即儲存電荷和保護(hù)機(jī)器人的‘器官’，復(fù)制了脂肪組織在生物中服務(wù)于儲存能量的多功能性。”Kotov實驗室生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的博士生Ahmet Emre說。