美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校和法国原子能委员会电子信息技术研究所（CEA - Leti）的研究人员开发出一种新型电路设计，这可能会推动微型机器人装置（特别是微型无人机）的发展。

他们旨在解决微型无人机供电与尺寸之间的平衡难题。

微型机器人的主要问题一直是其电池续航时长有限。这些通常仅重几克的设备需要大量电力来驱动其微小的电机和传感器。

该论文的共同资深作者帕特里克·梅西耶（Patrick Mercier）表示：“为了使飞行时间最大化，需要将系统所有组件的重量减到最小，这包括电池以及处理电力所需的所有电子设备。”

使用微型固态电池

传统的电池解决方案体积过大、过重，对这类小设备不实用。

为解决这一问题，研究人员利用微型固态电池来延长这些小型设备的使用寿命。

这些电池在紧凑的封装下具有高能量密度，这使它们成为为微型设备供电的理想选择。

“我们的方法取得突破源于利用新兴的固态电池，这种电池有独特能力，能在不牺牲能量密度的情况下缩小尺寸，”该论文的共同资深作者盖尔·皮隆内（Gaël Pillonnet）补充说。

灵活的电池配置

研究人员将多个固态电池按特定配置排列，以创建一个能够动态调整其电压和功率输出以满足微型机器人不同需求的系统。

传统的电池设置保持固定的配置，但这种新设计使系统能够根据需要在串联和并联连接之间切换。

研究人员解释说：“当无人机需要更高的电压来操作其微执行器时，该系统动态地将单个电池串联起来，逐步堆叠，直至达到所需的电压。”

“当需要较少的电力时，电池可以重新并联排列，以最大限度地提高储能效率。”

这种在不同配置间转换的能力让设备能适应其波动的电力需求，实现能源使用的优化。这个设计的一个显著之处在于，这种切换无需添加庞大组件，不然就会破坏制造轻型设备的目标。

研究人员还在电路中加入了一个能量回收机制。该系统能让微型致动器在运行过程中产生的能量反馈回电池，从而有效地为电池充电。这一过程有助于提高能量效率并延长设备的运行时间。

研究人员指出：“使用18个早期市面上能买到的固态电池单元，该系统在连续运行50多个小时的情况下可产生高达56.1伏的电压。整个系统重量仅为1.8克。”

除了为微型无人机提供动力之外在各个领域的应用

这些微型机器人最有前景的应用之一是在灾难应对方面。有了新的电路设计，这些无人机能够运行更长时间，从而提高它们在这种危急情况下的效能。

该团队强调：“例如，当建筑物坍塌的时候，现有的机器人可能太大了，无法在产生的狭小空间里操作。”

“然而，一群微小的振翅无人机——小到可以停在指甲上——能够进入狭小空间，检查建筑物中的化学危害，甚至搜寻被困人员。”

这项研究在克服能量限制方面迈出了一步，正是这种能量限制阻碍了真正微型且持久的机器人设备的发展。

未来的研究将侧重于优化该系统，并探索其在各种机器人平台中的应用。