宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院的新研究首次以“金属-空气清除剂”的形式弥合了这两种基础技术之间的差距，这种清除剂可以将两个世界都发挥到极致。

这种金属空气清除剂像电池一样工作，它通过反复破坏和形成一系列化学键来提供能量。

但它也像收割机一样工作，因为能量是由其环境中的能量提供的，就是金属和空气中围绕金属-空气清除剂的化学键。

其结果是，电源的功率密度比最好的能量采集器高10倍，比锂离子电池高13倍。

从长远来看，这种类型的能源可能是机器人学新范例的基础，在机器人学中，机器通过寻找和“吃”金属来维持自身的能量，就像人类对待食物一样，打破金属的化学键来获得能量。

在近期，这项技术已经为两家分拆公司提供了动力。

宾夕法尼亚大学一年一度的Y奖竞赛的获胜者计划使用金属空气清道夫为发展中国家的离网家庭提供低成本照明，并为集装箱提供长效传感器，这种传感器可以对盗窃、损坏甚至人口贩运发出警报。

研究人员，机械工程和应用力学系的助理教授詹姆斯·皮库尔，以及他的实验室成员王敏和尤那蒂·乔希，在杂志上发表了一项研究，展示了他们的清道夫能力美国化学学会能源快报。

开发他们的金属空气清道夫(MAS)的动机源于这样一个事实，即组成机器人大脑的技术和驱动它们的技术在小型化方面根本不匹配。

随着单个晶体管尺寸的缩小，芯片在更小更轻的封装中提供了更多的计算能力。

但是当电池变小时，就不会以同样的方式受益了，材料中化学键的密度是固定的，所以较小的电池必然意味着较少的化学键断裂。

计算性能和能量存储之间的这种反向关系使得小型设备和机器人很难长时间运行，有昆虫大小的机器人，但它们只能工作一分钟，电池就会耗尽能量。

增加更大的电池不会让机器人持续更长时间，增加的质量需要更多的能量来移动，抵消了更大的电池提供的额外能量。

打破这种反向关系的唯一方法是寻找化学键。

像那些收集太阳能、热能或振动能的收割机一样，正在变得越来越好，它们经常被用来给传感器和电子设备供电，这些传感器和电子设备不在电网上。

问题是它们的功率密度低，这意味着它们无法像电池一样快速地从环境中获取能量。

MAS的功率密度是最好的收割机的十倍，以至于可以和电池竞争，它使用电池化学物质，但是没有相应的重量，因为它从环境中带走那些化学物质。

就像传统电池一样，研究人员的MAS从一个连接到其供电设备的阴极开始。

阴极下面是一块水凝胶板，这是一个聚合物链的海绵状网络，通过它携带的水分子在金属表面和阴极之间传导电子。

由于水凝胶充当电解质，它接触的任何金属表面都充当电池的阳极，允许电子流向阴极并为连接的设备供电。

为了研究的目的，研究人员将一辆小型机动车辆连接到MAS上。

MAS运载工具拖着水凝胶，氧化了它经过的金属表面，留下一层微小的铁锈。

为了证明这种方法的有效性，研究人员让他们的MAS车辆在铝表面上绕圈行驶。

该车配有一个小储水池，可以持续将水吸入水凝胶中，防止其变干。

能量密度是可用能量与必须携带的重量之比，即使把多余的水的重量考虑在内，物质的能量密度也是锂离子电池的13倍，因为载体只需要携带水凝胶和阴极，而不是提供能量的金属或氧气。

研究人员还在锌和不锈钢上测试了MAS车辆。

不同的金属赋予质量不同的能量密度，这取决于它们氧化的可能性。

这种氧化反应仅发生在表面微米范围内，因此，尽管MAS可能会在重复行程中耗尽所有容易获得的键，但它对正在清除的金属造成重大结构损伤的风险很小。

由于有这么多可能的用途，研究人员的MAS系统自然适合宾夕法尼亚大学的年度Y奖，这是一项商业计划竞赛，挑战团队围绕宾夕法尼亚工程学院开发的新生技术建立公司。

今年的第一名团队，金属灯，因为他们提出在发展中国家的离网家庭的低成本照明中使用MAS技术，赚了1万美元。

位居第二的m-square赚了美元，打算在集装箱中使用质量驱动的传感器。

近期，MAS支持物联网技术，就像金属光和M平方提出的那样，但这项工作背后的动机是，它如何改变设计机器人的思维方式。