用于为人形机器人提供动力的燃料电池

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用于为人形机器人提供动力的燃料电池

用于为人形机器人提供动力的燃料电池

几十年来,开发人员一直致力于开发一种功能齐全的自主类人机器人。尽管这项任务很复杂,但就一般化任务而言,仿人机器人提供了许多优势,从研究中得到的发展和经验教训使其成为一项可行的努力。


他们的目标是,仿人机器人将能够执行长时间或危险的任务。这些可能包括搜索和救援、安全功能、维修、监视和娱乐。


能源的问题


电力是目前的主要问题。电源上的限制使机器人失去了大部分的优势和作用。


波士顿动力公司的Atlas是最先进的仿人机器人之一,它由一个3.7千瓦时的锂离子电池供电,如果机器正在执行“混合任务”,包括步行、爬山和使用工具,电池的供电时间几乎为1小时。


目前的电池供电技术限制了步行和攀爬机器人执行许多任务。内燃机的特点是噪音高,排放有毒废气。可充电电池具有低能量密度和高自放电率。


机器人技术中的燃料电池技术


理论上,燃料电池不采用上述限制。燃料电池使用的是一种成熟的技术,从19世纪初汉弗莱·戴维(Humphrey Davy)演示了这一原理以来,这项技术就一直存在,而后来威廉·戈夫(William Gove)的工作则生产出了第一个燃料电池。


燃料电池采用了一种相对简单的技术。第一个例子是在铂催化剂上氢和氧之间的电化学反应产生电流。自那以后,燃料电池技术一直在不断发展,军方和美国宇航局推动了这项研究。


聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)是通用电气公司在20世纪60年代早期为美国宇航局(NASA)发明的,目的是为太空任务提供电力。它被用于早期双子座任务和航天飞机。


聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)有时被称为质子交换膜燃料电池(PEMFC),它利用聚合物电解质膜(PEMs),如Nafion(一种具有离子性质的合成聚合物)来移动质子进行离子交换。


质子交换膜燃料电池主要消耗氢气、甲醇或乙醇。在操作过程中,阳极室中的“燃料”被氧化,而阴极室中的氧气被还原。


质子交换膜(pem)可以提供非常高的能量密度,清洁安静,而且与电池不同,相对于其功率输出,质子交换膜不会变得更重。


在更高的功率范围内,氢燃料电池每公斤可储存236倍于锂离子电池的能量。最新型号的效率更高,温度敏感度也更低,几分钟就能加油。


随着新兴技术有望从非化石燃料来源生产氢气,以及使用更便宜的替代品,如甲烷作为燃料,燃料电池的一些问题正在解决。可以公平地得出结论,它们可能是拟人机器人的理想电源解决方案。然而,PEM也有一些缺点。由于性能下降,燃料电池可能不可靠,而且它们的物理性能不如电池。


为仿人机器人使用混合燃料电池


关于电池还是燃料电池的争论在汽车工业中仍在继续,但研究人员已经表明,使用混合燃料电池的电池电源可以两全其美,特别是对于人形机器人。


氢并不是唯一可以用于燃料电池的燃料。一项对机器人动力具有重大意义的创新是正在进行的微生物燃料电池的开发工作。


一个能够自我维持的仿人机器人使用微生物燃料电池可能并不遥远,这种电池可以通过清除有机物质来提供动力。EcoBot III是一个小型实验室机器人,看起来不像人形机器人,但在一个重要方面它的功能与人形机器人相似。EcoBot III从环境中收集食物和水。它完成了我们设计它要做的任务,最后,它会清除自己的废物。

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