Ще могат ли нови "летящи батерии" да помогнат на микророботите да полетят

24.03.2025   |   Начало»Технологии

Редактор
Мира Станкова

Редактор
Мира Станкова

Въпреки че често присъстват в научнофантастичните филми и конспиративните теории, в реалния свят миниатюрните летящи микророботи, бидейки тежки заради батериите и електрониката, не стигат кой знае колко далеч. Нова комбинация от схеми и леки батерии с твърд електролит, наречени "летящи батерии", обаче би могла да накара тези ботове да полетят, потенциално захранвани за часове от система, която тежи милиграми.

Микророботите биха могли да играят важна роля при откриване на затрупани хора или за разузнаване в други опасни ситуации. Те обаче са трудно инженерно предизвикателство, отбелязва Патрик Мерсие, преподавател по електро- и компютърно инженерство в Калифорнийския университет в Сан Диего. "Имате тези наистина миниатюрни роботи и искате да работят възможно най-дълго на терен. Най-добрият начин да направите това е да използвате литиево-йонни батерии, защото те имат най-добрата енергийна плътност. Тук обаче има един фундаментален проблем, а именно, че изпълнителните механизми се нуждаят от по-голям волтаж от този, който батерията може да им осигури", обяснява Мерсие.

Литиева клетка може да осигури около 4 V, но пиезоелектрическите изпълнителни механизми на микророботите се нуждаят от десетки стотици волта, обяснява Мерсие. Изследователите, включително групата на Мерсие, създават схеми, действащи като усилватели, за да увеличат волтажа. Но тъй като се нуждаят от сравнително големи индуктори или куп кондензатори, те добавят твърде много маса и обем, обикновено заемайки толкова място, колкото самата батерия.

Нова технология на CEA-Leti

Нов тип батерия с твърд електролит, създадена от френската национална лаборатория по електроника CEA-Leti, предлага възможно решение. Батерията представлява тънка колкото филм комбинация от материали като литиев кобалтов оксид и литиев фосфорен оксинитрид, изработена с помощта на технология за микроелектронна обработка, и може да бъде разрязана на тънки клетки. Една клетка с площ 0,33 mm2 и тегло 8 mg може да съхранява заряд от 20 µAh или около 60 Ah/L (литиево-йонните батерии за слушалки осигуряват над 100 Ah/L, но са около 1000 пъти по-големи). Основаната от CEA-Leti компания Inject Power планира да започне производство на технологията в Гренобъл в края на 2026 г.

Тъй като батерията с твърд електролит може да бъде разрязана на миниатюрни клетки, изследователите решават, че могат да постигнат високи волтажи с електрическа верига, която няма нужда от кондензатори или индуктори. Вместо това веригата активно пренарежда връзките между много миниатюрни батерии, променяйки ги от успоредни към последователни и обратното. Този метод осигурява ефективност, минимизирайки загубите на енергия.

Истинската магия обаче по думите на Мерсие се случва, след като веригата осигури необходимата мощност за задвижването на изпълнителния механизъм, защото самият той действа като кондензатор, съхранявайки енергия.

Екипът на Мерсие тества ефективността на веригата с два варианта на микробатерии с твърд електролит – керамична версия 1,5 V на TDK и персонализиран модел 4 V на CEA-Leti. С батериите на TDK с тегло от 1,6 g схемата достига 56,1 V и осигурява енергийна плътност от 79 mW/g, но с персонализирания модел с тегло от 0,014 g се достигат 68 V, а енергийната плътност е до 4500 mW/g.

Мерсие планира да тества системата с производители на роботи, докато екипът му и CEA-Leti ще работят по подобряване на корпусирането, миниатюризацията и други характеристики на системата на летящите батерии. Важна особеност, по която следва да се работи, е вътрешното съпротивление на микробатериите. Предизвикателството тук е, че колкото повече от тях се групират, толкова по голямо става съпротивлението и съответно по-ниска е честотата, на която може да работи системата. Въпреки това Мерсие е оптимист по отношение на шансовете на летящите батерии да накарат микророботите да летят.

Ключови думи: батерии   роботи  

Област: Електроапаратура