一种创新的电路设计可以使微型设备(例如微型无人机和其他微型机器人)在保持轻便紧凑的同时获得更长的供电时间。加州大学圣地亚哥分校和 CEA-Leti 的研究人员开发了一种新颖的自持电路配置(采用微型固态电池)，将高能量密度与超轻设计相结合。
研究结果将在2 月 16 日至 20 日在旧金山举行的IEEE 国际固态电路会议 (ISSCC2025 ) 上公布。
微型无人机的一个重要应用是它们如何在灾难发生时协助急救人员。例如，当一栋建筑倒塌时，目前的机器人可能太大，无法在由此产生的狭窄空间内移动。然而，一群微型的扇翼无人机——小到可以放在指甲上——可以进入狭小的空间，检查建筑物中是否存在化学危害，甚至搜寻被困人员。
然而，设计难题在于，这些设备需要持久的电力才能飞行足够长的时间。但由于它们体积太小(几十克或更轻)，携带大电池是不切实际的。因此，目前的微型无人机只能飞行几分钟。
“为了最大程度延长飞行时间，你需要尽量减轻系统所有部件的重量，包括电池和处理电力所需的所有电子设备，”加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院电气与计算机工程系教授、论文共同资深作者帕特里克·梅西尔 (Patrick Mercier) 表示。“这是一个非常困难且微妙的权衡。”
切片切块
为了移动，大多数微型机器人使用压电微执行器，将电信号转换为精确控制的物理运动。然而，这些微执行器需要高电压才能工作——高达数十至数百伏——而当今的锂离子电池仅提供 4 伏电压。提高电压通常需要笨重的电感器或电容器，这会增加重量和体积，因此对于如此小的设备来说，它们不是最佳选择。
因此，Mercier 和他的团队(包括该研究的共同第一作者、加州大学圣地亚哥分校电气与计算机工程博士生 Zixiao Lin)放弃了传统的小型电池，转而采用更紧凑、更轻便的电池。
CEA-Leti 硅元件部门科学主任兼论文共同高级作者 Gaël Pillonnet 表示：“我们方法的突破来自于利用新兴的固态电池，它具有在不牺牲能量密度的情况下缩小尺寸的独特能力。”
“我们不必再制造一块更大的电池，而是可以将这块电池切成 10 块、20 块或更多块独立电池，”Mercier 说道。每块独立电池的能量密度都将与更大的母电池相同。