新型電路設計，讓微型無人機電力大幅提升！

美國加利福尼亞大學聖地亞哥分校和法國原子能委員會電子信息技術研究所（CEA - Leti）的研究人員開發出一種新型電路設計，這可能會推動微型機器人裝置（特別是微型無人機）的發展。

他們旨在解決微型無人機供電與尺寸之間的平衡難題。

微型機器人的主要問題一直是其電池續航時長有限。這些通常僅重幾克的設備需要大量電力來驅動其微小的電機和傳感器。

該論文的共同資深作者帕特里克·梅西耶（Patrick Mercier）表示：“爲了使飛行時間最大化，需要將系統所有組件的重量減到最小，這包括電池以及處理電力所需的所有電子設備。”

傳統的電池解決方案體積過大、過重，對這類小設備不實用。

爲解決這一問題，研究人員利用微型固態電池來延長這些小型設備的使用壽命。

這些電池在緊湊的封裝下具有高能量密度，這使它們成爲爲微型設備供電的理想選擇。

“我們的方法取得突破源於利用新興的固態電池，這種電池有獨特能力，能在不犧牲能量密度的情況下縮小尺寸，”該論文的共同資深作者蓋爾·皮隆內（Gaël Pillonnet）補充說。

研究人員將多個固態電池按特定配置排列，以創建一個能夠動態調整其電壓和功率輸出以滿足微型機器人不同需求的系統。

傳統的電池設置保持固定的配置，但這種新設計使系統能夠根據需要在串聯和並聯連接之間切換。

研究人員解釋說：“當無人機需要更高的電壓來操作其微執行器時，該系統動態地將單個電池串聯起來，逐步堆疊，直至達到所需的電壓。”

“當需要較少的電力時，電池可以重新並聯排列，以最大限度地提高儲能效率。”

這種在不同配置間轉換的能力讓設備能適應其波動的電力需求，實現能源使用的優化。這個設計的一個顯著之處在於，這種切換無需添加龐大組件，不然就會破壞製造輕型設備的目標。

研究人員還在電路中加入了一個能量回收機制。該系統能讓微型致動器在運行過程中產生的能量反饋回電池，從而有效地爲電池充電。這一過程有助於提高能量效率並延長設備的運行時間。

研究人員指出：“使用18個早期市面上能買到的固態電池單元，該系統在連續運行50多個小時的情況下可產生高達56.1伏的電壓。整個系統重量僅爲1.8克。”

這些微型機器人最有前景的應用之一是在災難應對方面。有了新的電路設計，這些無人機能夠運行更長時間，從而提高它們在這種危急情況下的效能。

該團隊強調：“例如，當建築物坍塌的時候，現有的機器人可能太大了，無法在產生的狹小空間裡操作。”

“然而，一羣微小的振翅無人機——小到可以停在指甲上——能夠進入狹小空間，檢查建築物中的化學危害，甚至搜尋被困人員。”

這項研究在克服能量限制方面邁出了一步，正是這種能量限制阻礙了真正微型且持久的機器人設備的發展。

未來的研究將側重於優化該系統，並探索其在各種機器人平臺中的應用。