機器人「吃飽」才能跑更遠！突破能源限制的未來科技

今年初在北京半程馬拉松賽場上，一臺機器人以2小時40分鐘完賽。雖然比人類冠軍慢了近1.5小時，但這個成績仍令人驚艷——許多業餘跑者都難以達到。這臺機器人連續奔跑了21公里，但背後有個關鍵細節：它中途更換了3次電池。

這個容易被忽略的小事，恰恰揭露了機器人領域的深層挑戰：能源問題。現代機器人已能展現驚人敏捷度，模仿生物動作並精準完成複雜任務。但在續航力方面，它們仍遠遠落後生物——機器人不會疲勞，只會「斷電」。

身為專攻能源系統的機器人研究者，我深入探討這個課題：為何我們還無法讓機器人像生物般持久運作？目前多數研究聚焦於改良電池，但其實還有另一條路：讓機器人學會「進食」。

當代機器人的運動能力已相當出色。拜生物力學研究數十年進展所賜，像波士頓動力的Spot和Atlas等機器人，能完成過去難以想像的跑跳攀爬動作，某些馬達效率甚至超越動物肌肉。但續航力完全是另一回事——Spot充飽電僅能運作90分鐘，之後需充電近1小時，遠不及人類8-12小時工時，更別說雪橇犬連續多日的耐力。

問題核心在於能量儲存方式。現行機器人多採用與手機、電動車相同的鋰電池，每年效能僅提升約7%。按此速度，要讓機器人續航力翻倍需整整10年。相較之下，動物脂肪能量密度驚人（約9kWh/kg），雪橇犬體內儲能相當於一臺充滿電的特斯拉Model 3，而鋰電池僅0.25kWh/kg。

在災區或偏遠地帶等無法充電的環境，問題更顯棘手。雖然可加裝電池，但重量增加會形成惡性迴圈——Spot的電池已佔總重16%。太陽能板理論上能延長運作，但實際供電量遠不足以支撐機器人移動需求。

這些限制直接影響機器人應用場景：45分鐘就沒電的救難機器人可能來不及完成搜救；每小時要充電的農用機器人無法及時採收。即便在倉庫或醫院，短續航力也增加營運複雜度。

新一代電池如鋰硫、金屬空氣電池理論能量密度接近動物脂肪，若搭配高效能驅動器，或能讓機器人達到低體脂動物的續航水平。但這些技術仍面臨充電困難、使用壽命等工程挑戰。快速充電雖能縮短停機時間，卻會影響電池壽命，且需搭配高功率充電設施。

正因如此，研究人員開始探索「餵食」機器人的可能性——讓它們像生物般攝取金屬或化學燃料。自然界中，動物透過消化、迴圈、呼吸將食物轉為能量，未來機器人或可建立類似的人造代謝系統。已有團隊開發出能「消化」金屬燃料的合成胃部反應器，還有研究仿造血液迴圈的流體能源系統，某款機器魚藉此將能量密度提升3倍，相當於電池技術16年的進步幅度。

生物能源系統不僅供能，還兼具調溫、修復等功能。未來機器人或能透過迴圈流體調節溫度，利用儲存材料自我修復，將能量分散儲存於肢體各處。這種仿生設計不僅延長續航，更能創造出適應性強、具生命特質的機器人。

當代機器人已能像動物般跳躍衝刺，卻無法持久運作。若真要讓機器人與人類協作，我們不僅要賦予它們智慧與靈活性，更要解決「耐力」這個關鍵課題。

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