為了推動移動機器人的發展，電池的重量和能源收集器如太陽能板的能量輸出不穩定成為主要挑戰。最近，威斯康辛大學麥迪遜分校的工程師們受人類循環系統的啟發，開發了一種先進的液體能量儲存和傳遞系統，這項技術有望改變機器人技術和化學製造。
該團隊指出，與傳統的電化學系統（如燃料電池或金屬空氣電池）依賴氣體不同，這種新方法採用液體機制來更高效地儲存和傳遞能量。研究人員在研究摘要中表示：「我們想像未來的複雜機器人系統可以嵌入多功能能量系統，從周圍環境中持續獲取能量。」
傳統的電化學系統依賴氣體與液體電解質及電流收集器的結合來產生能量，但這些系統存在一些限制，例如反應依賴於小的界面面積，並且對濕度和溫度敏感。為了解決這些挑戰，威斯康辛大學麥迪遜分校的詹姆斯·皮庫爾（James Pikul）教授領導的研究團隊開發了一種新的氣體-液體能量傳遞系統，靈感來自人類循環系統。
該團隊不再依賴氣體在表面的暴露，而是通過將氣體直接注入電解質中，使用水中矽油微滴的乳液，這種方法顯著提高了氣體的攜帶能力，最多可達水的六倍，類似於血液中血紅蛋白儲存氧氣的方式。根據聲明，這種方法使整個電解質體積都能參與反應，而不僅僅是表面，從而使能量傳遞更快且更穩定。
研究團隊在摘要中表示：「我們提出了一種具有高氧溶解度的水相空氣陰極乳液（ACE），可以完全從溶解氧中獲取能量。ACE的體積中僅有20%的矽油，能儲存兩倍於純氫氧化鉀（KOH）樣品的溶解氧（15 mg/L），並且在數個月內保持穩定，顯示出比KOH更優越的氧還原反應動力學。」
這項最新的創新建立在先前的研究基礎上，該研究開發了一種合成血管系統，用於魚類軟機器人，顯著延長了其運行時間，該液體不僅儲存能量，還作為液壓致動器。在新的研究中，團隊旨在設計一種能夠利用環境中周圍氧氣的液體，並從過去創建合成血液和液體呼吸系統的努力中獲取靈感。研究人員發現，與早期常用的氟化化合物相比，矽油在與水乳化時提供了更好的穩定性。
實驗結果顯示，20%矽油的混合物提供了氧氣儲存和離子導電性之間的最佳平衡。這一平衡至關重要：過多的油會限制離子傳輸，而過多的水則會降低氧氣攜帶能力。所產生的乳液在電化學反應中表現出更高的效率，反應速率提高，允許更大的電流輸出。
該團隊表示，這種成功的仿生電解質系統代表了朝著創造輕量、高效的移動機器人電源的進展。除了機器人技術外，該系統還可應用於可持續的化學製造過程，例如將二氧化碳轉化為燃料或化學前驅物。通過增強氣體與電解質的相互作用，這項技術有可能降低大規模電化學過程中的成本和物理佔用面積。
研究人員計劃探索使用液體陽極的可能性，從而有望創建一個完全基於液體的電源系統，為能量密集型和自適應的機器人平台開辟新的可能性。
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