الملخص:
وقد طور فريق البحث في جامعة فودان طبقة بوليمر رقيقة للغاية يتم تثبيتها على أقدام الروبوت، والتي يمكنها توليد الكهرباء مباشرة عندما تلامس أرضا معينة وتحديد المواد وخشونة السطح تحت القدمين من الإشارات الكهربائية. ونشرت الدراسة في مجلة National Science Review. وهو يستهدف مشكلة إمدادات الطاقة التي واجهتها الروبوتات الصغيرة منذ فترة طويلة: وأشار الباحثون إلى أن الروبوت الصغير الذي يزن حوالي 1.7 جرام لا يمكنه الزحف إلا لمدة دقيقتين تقريبًا باستخدام بطارية تجارية؛ وإذا تم تمديد عمر البطارية إلى ساعتين، فإن وزن البطارية سيمثل حوالي 94% من الوزن الإجمالي للروبوت، وهو ما يتجاوز بكثير قدرات كثافة الطاقة لبطاريات الليثيوم الموجودة.
تتكون هذه الطبقة من "الجلد" من بولي أكريلات البوتاسيوم المتشابكة وتشكل طبقة مباشرة على قدم الروبوت. يبلغ سمكها حوالي 135 ميكرون ويمكن تقليل المساحة إلى حوالي 1 ملليمتر مربع. لا يستخدم احتكاك المشي أو الضغط لتوليد الكهرباء، بل مصدر طاقة كهروكيميائية مفتوح: بعد أن يلامس باطن القدم الأسطح النشطة مثل الألومنيوم والزنك، تطلق المادة الأرضية إلكترونات؛ تستخدم طبقة تفاعل البلاتين/الكربون الموجودة على الغشاء الأكسجين والماء الموجودين في الهواء لاستقبال الإلكترونات لتكوين تيار كهربائي، ويتوقف التفاعل فورًا بعد رفع القدم. بمعنى آخر، يستهلك الروبوت الطاقة الكيميائية للمادة الملامسة، وسيتأكسد السطح المعدني تدريجيًا، بدلاً من الحصول على "كهرباء مجانية" يمكن الحفاظ عليها إلى أجل غير مسمى.
يشير فريق البحث إلى أن الفيلم يمكن أن يحقق كثافة طاقة تبلغ 133 مللي واط لكل سنتيمتر مربع على سطح الزنك و103 مللي واط على سطح الألومنيوم، وهو ما يزيد تقريبًا عن البطاريات الصغيرة النموذجية؛ وتشمل المواد المتاحة أيضًا السيليكون والقصدير والرصاص. ويبلغ حجم الروبوت التجريبي حوالي 6.7×5.7 سم. وذكر التقرير البحثي أنها تراكمت لديها أكثر من 10 آلاف خطوة، مع اختبار متواصل امتد لنحو 150 يوما، ومشى أكثر من مليون خطوة بعد تناول نحو 2 جرام من الألومنيوم. أظهر الفريق أيضًا الروبوت وهو يتسلق لوحة معدنية مائلة، ويضيء مصباح LED ويقود جهاز إرسال بلوتوث؛ يمكن أن يعمل الغشاء في بيئات منخفضة تصل إلى 20 درجة مئوية تحت الصفر وتصل إلى 80 درجة مئوية، ولا يزال بإمكانه التفريغ بعد تركه عند رطوبة نسبية 20٪ لمدة 48 ساعة.
يحتوي هذا الفيلم أيضًا على وظيفة الاستشعار. تسبب الأسطح الأرضية المختلفة سرعات تفاعل كهروكيميائية مختلفة وهجرة أيونية، مما ينتج عنه إشارات كهربائية مميزة؛ ستؤدي التغييرات في خشونة السطح أيضًا إلى تغيير الإشارة، لذلك من المتوقع أن يتعرف الروبوت على البيئة ويجد مسارًا أكثر ملاءمة لاستخراج الطاقة. ومع ذلك، لا يمكن تغذية الأسطح الخاملة كيميائيًا مثل البلاستيك والزجاج والتربة والأنسجة العضوية بالطاقة بشكل مباشر، لذلك أضاف الباحثون مكثفات فائقة صغيرة كمخازن مؤقتة عبر هذه المناطق. سوف يتأثر التشغيل على المدى الطويل أيضًا بتغيرات الإلكتروليت، ويجب استكمال هيدروكسيد البوتاسيوم أثناء التجارب للحفاظ على الأداء.
في الوقت الحاضر، لا يزال هذا نموذجًا أوليًا لإمدادات الطاقة والاستشعار في مرحلة المختبر. يُظهر البحث اختبار زحف على سطح مادة معينة، وهو ليس منتجًا يمكن استخدامه بالفعل للبحث والإنقاذ في مناطق الكوارث، أو تفتيش المنشآت النووية، أو النشر التجاري. وتكمن قيمتها المحتملة في جعل الروبوتات الصغيرة أقل اعتمادًا على البطاريات الضخمة أو مصادر الطاقة الخارجية، ولكن ما إذا كانت المهمة الفعلية ستستمر في العمل ستعتمد أيضًا على المواد السطحية المتاحة، وصيانة المنحل بالكهرباء، وتصميم مخزن الطاقة في البيئة.
التعليقات