Noua tehnologie de scavenger permite roboților să mănânce metal pentru energie - ScienceDaily
Când electronica are nevoie de propriile surse de alimentare, există două opțiuni de bază: baterii și recoltatoare. Bateriile stochează energie intern, dar sunt, prin urmare, grele și au o sursă limitată. Recoltatorii, cum ar fi panourile solare, colectează energie din mediul lor. Acest lucru evită unele dintre dezavantajele bateriilor, dar introduce altele noi, deoarece acestea pot funcționa numai în anumite condiții și nu pot transforma acea energie în putere utilă foarte repede.
Noile cercetări de la Școala de Inginerie și Științe Aplicate a Universității din Pennsylvania acoperă pentru prima dată decalajul dintre aceste două tehnologii fundamentale sub forma unui „scavenger metal-aer” care obține cele mai bune din ambele lumi.
Acest scavenger metal-aer funcționează ca o baterie, prin faptul că furnizează energie prin ruperea și formarea repetate a unei serii de legături chimice. Dar funcționează și ca un secerător, deoarece puterea este furnizată de energie în mediul său: în mod specific, legăturile chimice din metal și aer care înconjoară scavengerul metal-aer.
Rezultatul este o sursă de energie care are o densitate de putere de 10 ori mai mare decât cele mai bune recoltatoare de energie și o densitate de energie de 13 ori mai mare decât bateriile litiu-ion.
Pe termen lung, acest tip de sursă de energie ar putea sta la baza unei noi paradigme în robotică, în care mașinile se mențin alimentate prin căutarea și „consumarea” metalului, rupând legăturile sale chimice pentru energie, așa cum o fac oamenii cu alimentele.
Pe termen scurt, această tehnologie alimentează deja o pereche de companii derivate. Câștigătorii concursului anual al Premiului Y al Pennului intenționează să folosească scavagere metal-aer pentru a alimenta lumini ieftine pentru casele din afara lumii din rețea în lumea în curs de dezvoltare și senzori de lungă durată pentru transportul containerelor care ar putea alerta la furt, daune sau chiar persoane trafic.
Cercetătorii, James Pikul, profesor asistent în cadrul Departamentului de Inginerie Mecanică și Mecanică Aplicată, împreună cu Min Wang și Unnati Joshi, membri ai laboratorului său, au publicat un studiu care demonstrează capacitățile lor de cercetare în revista ACS Energy Letters.
Motivația pentru dezvoltarea lor metal-air scavenger, sau MAS, a rezultat din faptul că tehnologiile care alcătuiesc creierul roboților și tehnologiile care le alimentează sunt fundamental necorespunzătoare atunci când vine vorba de miniaturizare.
Pe măsură ce dimensiunea tranzistorilor individuali se micșorează, cipurile oferă mai multă putere de calcul în pachete mai mici și mai ușoare. Dar bateriile nu beneficiază în același mod atunci când devin mai mici; densitatea legăturilor chimice dintr-un material este fixă, astfel încât bateriile mai mici înseamnă în mod necesar mai puține legături de rupt.
"Această relație inversată între performanța de calcul și stocarea energiei face foarte dificilă funcționarea dispozitivelor la scară mică și a roboților pentru perioade lungi de timp", spune Pikul. "Există roboți de mărimea insectelor, dar pot funcționa doar un minut înainte ca bateria să se epuizeze".
Mai rău, adăugarea unei baterii mai mari nu va permite unui robot să dureze mai mult; masa adăugată necesită mai multă energie pentru a se deplasa, negând energia suplimentară furnizată de bateria mai mare. Singura modalitate de a rupe această relație inversată frustrantă este de a căuta legături chimice, mai degrabă decât de a le împacheta.