重磅！Nature发布可应用于软体机器人的柔性电池，灵感来源于电鳗

 

17年软体机器人异常火爆

它们柔软的结构

大大拓宽了机器人的应用范围

但它的发展也给其他领域带来了难题

比如说电池

最近《Nature》上便发布了

能满足软体机器人需求的柔性电池

别小看这些分布有小色块的柔性薄膜

只要把这两个柔性薄膜对接在一起

相互挤压的小色块便会产生微小的电压

当成千上万的小色块聚集在一起时

便能产生高达110V的电压了

这款柔性电池源于弗里堡大学

他们发表在《Nature》上的文章显示

这种电池很适合下一代软体机器人使用

而且由于它的材料不会伤害人体也可以应用于

下一代心脏起搏器、假肢和医用植入物

所以有一天出现仅靠人体内液体和盐分运行的起搏器

你也不要惊奇了

而最最关键的是

他们研发出这种电池

灵感竟然来源于海洋里的生物—电鳗

电鳗是海洋里的神奇生物

生活在危机四伏的深海里

总要有一技之长可以自保

而电鳗的特技就厉害了

小小的电鳗身体上发出来的电

竟然能电死一条鳄鱼

几千年来

电鳗能够瞬间产生高达600V到100W的强大电力

被称作水中的"高压线"

更任性的是

它还能随意放电、自行掌握放电时间和强度

弗里堡大学团队的主要成员汤姆-施罗德和安妮·古哈

便深入研究了电鳗的工作原理

此前的科学研究已经发现，电鳗之所以能够发电，依赖的是成千上万的发电细胞，这些细胞堆叠在一起可以大量放电，并且依靠盐和水产生电力。

当鳗鱼处于休息状态时，每个发电细胞就从正面和背面泵出正离子。产生了两个相反的电压，相互抵消了。但是在需要的时候，每个发电细胞的背面就会翻转，从相反的方向泵出正离子，让整个细胞产生一个微小的电压。关键是，每个发电细胞都会同时进行这个翻转操作，所以这些微小的电压加总起来就更加强大了。这就好像是鳗鱼尾巴上有数千个小电池一样。你可以这样来理解：在鳗鱼休息时，一半的小电池“安装”方向是错误的，但是鳗鱼可以随时把它们调整到正确的方向，将它们对齐。

基于电鳗的发电机制，研究人员最初想仿造一个电鳗发电器官，但很快就发现这么做太复杂了。而他们最终想到了一个比较简单的方案。他们阅读大量有关电鳗的放电原理发现，电鳗的发电细胞就是以长条状堆叠，并且细胞间填充着液体。就好比是涂抹了蜂蜜或糖浆的薄饼，再将其放倒。

于是在两张分开的基板上排列一些凝胶块。红色凝胶块中是盐水，蓝色凝胶中是淡水。离子本来应该从前者流向后者，但却无法从一个凝胶移动到另一块。而另一张基板上有绿色和黄色的凝胶块，当它们桥接在蓝色和红色凝胶块之间的间隙时，就为离子提供了移动的通道。

关键在于：绿色凝胶块只允许正离子流过，而黄色凝胶块只允许负离子通过。这意味着正离子只从一侧流入蓝色凝胶，而负离子则只能从另一侧流入。这样蓝色凝胶上就会产生一个电压，与发电细胞很相似。而且正如在发电细胞中一样，每个凝胶只产生一个微小的电压，但成千上万的凝胶排成一排之后，就可以产生高达110伏的电压了。

不过，承载凝胶的板材如果过大会很麻烦。于是密歇根大学的工程师Max Shtein提出了一个巧妙的解决方案——折纸。类似于卫星太阳能电池板可折叠一样，他用一种特殊的折叠方式将板材折叠来折叠，使正确的颜色的以正确的顺序接触。这样整个电池所占的空间就会小很多，大小只有隐形眼镜那么大，或许某天可以戴到身上。

 

不过，目前电池还需要你给它充电才能使用。充好之后，它们的供电时间可达几个小时。然后就需要再次充电，让它重新回到高盐分和低盐分凝胶交替的状态。但研究团队表示，人体内本来就有不同离子水平的液体储存，有朝一日或许能够利用它们来给这种电池充电。

 

不敢想象哪一天，每个人的身体都像电鳗一样，发出自己需要的电……

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