Китайські вчені створили робота без батарейок, який заряджається під час ходьби

Китайські вчені з Фуданського університету розробили мікроробота, якому не потрібна батарея — він отримує електрику безпосередньо від поверхні, якою повзе. Ключове рішення — тонка полімерна мембрана на підошвах лапок, що перетворює кожен крок на момент генерації струму.

Для мікророботів проблема живлення залишалася одним із головних технічних глухих кутів. Звичайна батарея вагою, що становить 94% від загальної маси машини, дозволяє роботу вагою 1,7 г пропрацювати лише близько двох хвилин. Жодного практичного застосування за таких умов годі очікувати.

Мембрана товщиною 135 мкм — приблизно як діаметр людської волосини — вирощена хімічним методом прямо на лапках робота. Принцип роботи нагадує відкриту електрохімічну батарею: металева поверхня віддає електрони, а гелевий шар захоплює з повітря кисень і вологу, замикаючи ланцюг. Струм з’являється миттєво при контакті з поверхнею і зникає, щойно лапка відривається від неї.

Під час лабораторних випробувань 3D-надрукований робот розміром 6,7 × 5,7 см безперервно працював упродовж 150 днів і подолав понад 10 000 кроків без жодного падіння напруги. Зрештою машина подолала позначку в мільйон кроків, витративши лише близько 2 г алюмінію. Крім того, робот зміг підійматися похилими металевими поверхнями, витримував температури від ‑20 до +80 °C і успішно живив світлодіод та Blue­tooth-передавач на борту.

У системи є й обмеження. Підошви не генерують струм на хімічно інертних поверхнях — пластику, склі, ґрунті чи органічній тканині. Щоб долати такі ділянки, конструктори додали невеликий суперконденсатор для буферного зберігання енергії. Окрема проблема — поступова деградація електроліту через вплив вуглекислого газу та корозію: наразі дослідникам доводиться вручну поповнювати гідроксид калію всередині мембрани.

Розробка з’явилася на тлі загального інтересу науковців до «розумної шкіри» для роботів. Команди Стенфорду, Кембриджу й Токійського університету вже створюють покриття, здатні самозаліковуватися після порізів, відчувати біль або навіть імітувати зморшки живої шкіри. Фуданська розробка додає до цього переліку ще одну функцію — збір енергії.

Якщо вченим вдасться автоматизувати процес поповнення електроліту, мікророботи з такими підошвами зможуть автономно працювати у вентиляційних шахтах, електропідстанціях і ядерних реакторах — там, куди людині не дістатися. Дослідження опубліковане у журналі Nation­al Sci­ence Review.