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用于為人形機器人提供動力的燃料電池

幾十年來，開發人員一直致力于開發一種功能齊全的自主類人機器人。盡管這項任務很復雜，但就一般化任務而言，仿人機器人提供了許多優勢，從研究中得到的發展和經驗教訓使其成為一項可行的努力。

他們的目標是，仿人機器人將能夠執行長時間或危險的任務。這些可能包括搜索和救援、安全功能、維修、監視和娛樂。

能源的問題

電力是目前的主要問題。電源上的限制使機器人失去了大部分的優勢和作用。

波士頓動力公司的Atlas是最先進的仿人機器人之一，它由一個3.7千瓦時的鋰離子電池供電，如果機器正在執行“混合任務”，包括步行、爬山和使用工具，電池的供電時間幾乎為1小時。

目前的電池供電技術限制了步行和攀爬機器人執行許多任務。內燃機的特點是噪音高，排放有毒廢氣。可充電電池具有低能量密度和高自放電率。

機器人技術中的燃料電池技術

理論上，燃料電池不采用上述限制。燃料電池使用的是一種成熟的技術，從19世紀初漢弗萊·戴維（Humphrey Davy）演示了這一原理以來，這項技術就一直存在，而后來威廉·戈夫（William Gove）的工作則生產出了第一個燃料電池。

燃料電池采用了一種相對簡單的技術。第一個例子是在鉑催化劑上氫和氧之間的電化學反應產生電流。自那以后，燃料電池技術一直在不斷發展，軍方和美國宇航局推動了這項研究。

聚合物電解質膜燃料電池（PEMFC）是通用電氣公司在20世紀60年代早期為美國宇航局（NASA）發明的，目的是為太空任務提供電力。它被用于早期雙子座任務和航天飛機。

聚合物電解質膜燃料電池（PEMFC）有時被稱為質子交換膜燃料電池（PEMFC），它利用聚合物電解質膜（PEMs），如Nafion（一種具有離子性質的合成聚合物）來移動質子進行離子交換。

質子交換膜燃料電池主要消耗氫氣、甲醇或乙醇。在操作過程中，陽極室中的“燃料”被氧化，而陰極室中的氧氣被還原。

質子交換膜（pem）可以提供非常高的能量密度，清潔安靜，而且與電池不同，相對于其功率輸出，質子交換膜不會變得更重。

在更高的功率范圍內，氫燃料電池每公斤可儲存236倍于鋰離子電池的能量。最新型號的效率更高，溫度敏感度也更低，幾分鐘就能加油。

隨著新興技術有望從非化石燃料來源生產氫氣，以及使用更便宜的替代品，如甲烷作為燃料，燃料電池的一些問題正在解決。可以公平地得出結論，它們可能是擬人機器人的理想電源解決方案。然而，PEM也有一些缺點。由于性能下降，燃料電池可能不可靠，而且它們的物理性能不如電池。

為仿人機器人使用混合燃料電池

關于電池還是燃料電池的爭論在汽車工業中仍在繼續，但研究人員已經表明，使用混合燃料電池的電池電源可以兩全其美，特別是對于人形機器人。

氫并不是唯一可以用于燃料電池的燃料。一項對機器人動力具有重大意義的創新是正在進行的微生物燃料電池的開發工作。

一個能夠自我維持的仿人機器人使用微生物燃料電池可能并不遙遠，這種電池可以通過清除有機物質來提供動力。EcoBot III是一個小型實驗室機器人，看起來不像人形機器人，但在一個重要方面它的功能與人形機器人相似。EcoBot III從環境中收集食物和水。它完成了我們設計它要做的任務，最后，它會清除自己的廢物。