솔리드 스테이트 배터리는 마이크로 봇이 이륙하는 데 도움이 될 수 있습니다

비록 그들이 공상 과학 영화와 음모 이론의 필수 요소이지만, 실제 생활에서는 배터리와 전자 제품으로 인해 작은 비행 마이크로 봇이 매우 멀리 갈 수 있도록 고군분투했습니다. 그러나 “플라잉 배터리”토폴로지라고 불리는 회로와 가벼운 솔리드 스테이트 배터리의 새로운 조합은 이러한 봇이 실제로 이륙 할 수있게하여 밀리그램의 무게를 가진 시스템에서 몇 시간 동안 미생물을 전원으로 전력을 공급할 수 있습니다.

미생물은 다른 위험한 상황에서 잔해 나 스카우트에 묻힌 사람들을 찾는 데 중요한 기술이 될 수 있습니다. 그러나 샌디에고 캘리포니아 대학의 전기 및 컴퓨터 공학 교수 인 Patrick Mercier는 엔지니어링 과제가 어려운 일이라고 말합니다. Mercier의 학생 Zixiao Lin은 지난 달 IEEE International Solid State Circuits Conference (ISSCC)에서 새로운 회로를 설명했습니다. Mercier는“정말 작은 로봇이 있고 현장에서 가능한 한 오래 지속되기를 원합니다. “이를 수행하는 가장 좋은 방법은 에너지 밀도가 가장 높기 때문에 리튬 이온 배터리를 사용하는 것입니다. 그러나 액추에이터가 배터리가 제공 할 수있는 것보다 훨씬 높은 전압이 필요한이 근본적인 문제가 있습니다.”

리튬 셀은 약 4 볼트를 제공 할 수 있지만 마이크로 봇의 압전 액추에이터는 수십 ~ 수백 볼트가 필요하다고 Mercier는 설명합니다. Mercier의 자체 그룹을 포함한 연구원들은 전압을 높이기 위해 Boost Converter와 같은 회로를 개발했습니다. 그러나 비교적 큰 인덕터 나 커패시터가 필요하기 때문에 이들은 너무 많은 질량과 부피를 추가하여 일반적으로 배터리 자체만큼 많은 공간을 차지합니다.

프랑스 국립 전자 실험실 CEA-Eleti에서 개발 된 새로운 종류의 솔리드 스테이트 배터리가 잠재적 인 솔루션을 제공했습니다. 배터리는 반도체 프로세싱 기술을 사용하여 제작 된 옥사이드 리튬 및 리튬 인 옥시 제도화물을 포함한 얇은 필름 재료의 재료입니다. 작은 세포로 꺼낼 수 있습니다. 0.33-cubic millimeter, 0.8 밀리그램 세포는 20 개의 마이크로 암기 시간 또는 리터당 약 60 암페어 시간을 저장할 수 있습니다. (리튬 이온 이어 버드 배터리는 100 ah/L 이상을 제공하지만 약 1,000 배의 큰 것입니다.) 프랑스 그레노블에서 기술, 주입 전력을 기반으로 한 CEA- 레티 스핀 오프는 2026 년 후반에 볼륨 제조를 시작하기 위해 준비하고 있습니다.

배터리를 즉석에 쌓는 것

솔리드 스테이트 배터리는 작은 셀에 깍둑 썰기 할 수 있기 때문에 연구원들은 커패시터 나 인덕터가 필요없는 회로를 사용하여 고전압을 달성 할 수 있다고 생각했습니다. 대신, 회로는 많은 작은 배터리들 사이의 연결을 평행에서 직렬로 그리고 다시 다시 움직이는 것을 적극적으로 재 배열합니다.

압전 액추에이터에 부착 된 날개를 펄럭이면 미세 론을 상상해보십시오. 회로 기판에는 수십 정도의 고형 상태 미생물이 있습니다. 각 배터리는 4 개의 트랜지스터로 구성된 회로의 일부입니다. 이들은 배터리의 이웃에 대한 연결을 동적으로 변경하여 평행을 이루어 동일한 전압 또는 직렬을 공유하여 전압이 추가 될 수있는 스위치 역할을합니다.

처음에는 모든 배터리가 평행하여 액추에이터를 트리거하기에 충분한 전압을 전달합니다. UCSD 팀이 구축 한 2 평방 밀리미터 IC는 트랜지스터 스위치를 열고 닫기 시작합니다. 이것은 처음 두 셀이 연속적으로 연결되도록 세포 사이의 연결을 재정렬하고, 3, 4 등을 연결합니다. 수백 분의 1 초 만에 배터리는 모두 직렬로 연결되어 있으며 전압은 액추에이터에 너무 많은 충전을 쌓아서 마이크로봇의 날개를 스냅합니다. 그런 다음 IC는 프로세스를 풀고 배터리를 한 번에 하나씩 다시 평행하게 만듭니다.

“플라잉 배터리”의 통합 회로의 총 면적은 2 평방 밀리미터입니다.패트릭 머리에

단열 충전

이 경사로 위아래로 체계를 통과하는 대신 모든 배터리를 한 번에 직렬로 연결하는 것이 어떻습니까? 한마디로 효율성.

배터리 직렬화 및 병렬화가 저 에너지 주파수로 수행되는 한 시스템이 단열 적으로 충전되고 있습니다. 즉, 전력 손실이 최소화됩니다.

그러나 액추에이터가“진짜 마법이 들어오는 곳”을 유발 한 후에 일어난 일이라고 Mercier는 말합니다. 회로의 압전 액추에이터는 커패시터처럼 작용하여 에너지를 저장합니다. “자동차에서 재생을 끊는 것처럼, 우리는이 액추에이터에 저장된 에너지 중 일부를 회수 할 수 있습니다.” 각 배터리가 해결되지 않으면 나머지 에너지 저장 시스템은 액추에이터보다 전압이 낮으므로 일부 충전은 배터리로 다시 흐릅니다.

UCSD 팀은 실제로 도쿄 기반 TDK (Ceracharge 1704-SSB)의 1.5 볼트 세라믹 버전과 CEA-Eleti의 4V 사용자 정의 디자인의 두 가지 종류의 솔리드 스테이트 미생물을 테스트했습니다. 1.6 그램의 TDK 셀을 사용하면 회로는 56.1 볼트에 도달했으며 그램 당 79 밀리 와트의 전력 밀도를 전달했지만 0.014 그램의 맞춤형 저장소로 68V에서 최대화되었으며 4,500 MW/g의 전력 밀도가 나타났습니다.

Mercier는 로봇 파트너와 함께 시스템을 테스트 할 계획이며, 그의 팀과 CEA- 레티는 플라잉 배터리 시스템의 포장, 소형화 및 기타 속성을 개선하기 위해 노력했습니다. 작업이 필요한 중요한 특성 중 하나는 미생물의 내부 저항입니다. “도전은 당신이 더 많이 쌓을수록 시리즈 저항이 높아져 시스템을 작동 할 수있는 주파수가 낮다는 것입니다.”라고 그는 말합니다.

그럼에도 불구하고 Mercier는 배터리의 마이크로 봇을 높게 유지할 수있는 기회에 낙관적 인 것 같습니다. “충전 회복과 수동적 인 단열 충전 : 비행 시간을 늘리는 데 도움이되는 두 번의 승리입니다.”