近日，力學與工程科學學院博士生在國際高水平期刊《EnergyStorageMaterials》（影響因子：20.4🚓，中科院工程技術1區TOP）上發表了題為“Embodied, flexible, high-power-output, structural batteries for untethered,small-scale robots”的研究論文。博士生劉冠中為第一作者，万事平台力學與工程科學學院鮑垠樺副教授和北京理工大學方岱寧院士為通訊作者🤸🏽‍♀️。

由於諸如環境監測🎅🏻、操縱和運輸小型物體等工業應用的需求不斷增加🏌️‍♂️，輕質量、長續航的小型機器人的需求不斷增長。因此😵，如何在質量及體積的限製下設計更高功能集成的結構組件具有重要的意義。這種多功能組件在生物系統中廣泛存在，例如在人體中，脂肪不僅是一種用來儲存能量的生物組織，而且還具有保護器官、維持溫度和促進健康細胞功能等附加功能。在電池系統中，能夠同時實現儲能和承載功能的電池被叫做結構電池。然而，傳統的結構電池難以實現大的變形和在動態環境下承載🖲，這給柔性和可展開結構的機器人設計具身柔性能源帶來了巨大的挑戰👩🏽‍🏭。

有鑒於此，文章展示了一種結合柔性變形結構和能量存儲/支撐功能的嵌入式柔性結構電池。該柔性結構電池能夠集成到無繩小型機器人中，取代傳統的結構承載部件或驅動器，同時為機器人提供全部動力。文章展示了柔性結構電池的兩種應用場景:動態柔順機構和靜態可展開結構。對於動態柔順機製，文章首先將類肌腱柔性結構電池組裝在四足機器人中🐯🧖🏽‍♂️，肌腱的柔性關節為電池的柔性連接段〰️，而肌腱的剛性部分類似於電池中厚的儲能段🏌🏻‍♀️。這種巧妙設計的柔性結構電池結合了能量存儲和柔性可承載的功能，可以支持四足機器人平穩行走。同時，文章還製造了一個基於三浦折紙的氣動軟驅動器，展示了儲能與驅動器的融合。這種柔性結構電池可以通過其自驅動氣動裝置控製三浦折紙管的收縮和伸展🧙🏽‍♀️，從而實現線性和旋轉推進。另一方面🌻，對於靜態可展開結構🐗🔫，文章在四軸飛行器中集成了可折疊的柔性結構電池。服役時🧝🏻‍♂️🫷🏻，該電池可以擴展為十字形，代替原有的結構框架，可以提供足夠的動力和支撐整體質量，提高整體的續航時間。同時，可折疊的設計也更利於飛行器的儲存和運輸。

本論文工作也得到了万事平台環化學院喬芸教授的合作支持，受到上海市揚帆計劃，湖北隆中實驗室和國家自然科學基金的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.103021