为人形机器人提供动力的最佳可再生能源

几十年来，开发人员和工程师一直在努力实现一个能正常工作的仿人机器人的目标。第一个全尺寸的仿人机器人是1973年在东京早稻田大学展出的WABOT-1，从那时起它们已经走过了漫长的道路。

这项技术已取得重大进展。他们可能会在科学展和电视上看到，但他们还没有在现实世界中出现。

建造一个两足类人机器人已经提出了许多挑战。发展任何接近人类步态的东西都是一个主要问题，更不用说关节式手的困难了。

仿人机器人的开发将软件开发人员和许多工程专业人士聚集在一起，他们的专业知识在解决这些不同的问题中起着至关重要的作用。

还有一个问题困扰着开发者。一个需要大量电力的自主、无束缚的机器人，如何在很长一段时间内提供所需的能量？

电池效率比任何其他因素都更限制了机器人在日常生活中的实用性，而且仿人机器人非常耗电。包括额外的电池意味着引入更多的重量。为了有用，步行机器人需要在执行给定任务所需的时间长度内进行操作。

美国军方要求能够靠电池工作10小时的自主机器人。波士顿动力公司的仿人机器人“阿特拉斯”由一个3.7千瓦时的锂离子电池供电，如果机器正在执行包括行走、攀爬和使用工具在内的“混合任务”，则电池续航时间为1小时。

考虑到这些任务可能需要机器人与替代电源保持一定距离，最终将需要在太空中执行长期任务，显然需要可再生能源。

最著名的可再生能源是风能和太阳能，但用这些能源给传统电池充电既浪费又耗时。

最近，电池技术的创新可能会使机器人成为更具吸引力的选择。“离子材料”已经开发出一种革命性的固态锂电池技术，它更便宜、更耐用。与含有液体电解质的锂离子电池不同，这种电池使用固体聚合物电解质。

使用金属锂而不是锂离子可以提供5到10倍的能量密度，为同样大小的锂离子电池充电所需的时间最多为10倍。

以色列的一家初创公司，Phinergy，提供了一种可能有机器人应用的锂的替代品。他们的专利铝电池通过水在氧气和铝之间的反应产生能量。

燃料电池提供了一种更有效的替代方案。燃料电池是简单的电化学装置。它们不像电池那样具有低能量密度和高自放电率，而是将化学能转化为电能。

与电池不同，燃料电池需要源源不断的燃料和氧化剂来发电。质子交换膜（PEM）燃料电池对机器人技术特别有吸引力。它们由夹在一起的简单固态组件组成。

它们的功能是通过已知的能量释放反应，将氢燃料和氧气（从呼吸空气中）结合起来，产生电和水。结果表明，PEM燃料电池在室温下可达到65～70%或更高的工作效率，并产生清洁的水排放。

它们确实有某些缺点。虽然他们是高能量，他们是相对低功率和人形机器人可能需要短暂的峰值功率爆发任务。它们的稳定性也较低，这使得它们更不可靠。

一个解决方案是开发一种电池-燃料电池混合动力源，它结合了两种系统的优点，燃料电池在空闲时间给电池充电。生物合成氢的最新发展，远比目前的方法更有效，这将使氢成为更可利用的可再生资源。

EcoBot II的开发显示了最终的自主自供电机器人。这种机器人的设计完全是靠生活在环境中为自己提供动力。它利用带有氧阴极的机载微生物燃料电池，将未经提炼的昆虫生物量转化为有用的能源。

不同的“燃料”（糖、水果和死苍蝇）在微生物燃料电池系统中进行了试验。在耐力测试中，EcoBot II能够运行12天，同时大约每14分钟进行一次趋光性、温度感测和无线传输感测数据。对于人形机器人来说，最有效的可再生燃料可能与为人类提供燃料的生物没有太大的不同。