受能量密度限制，大尺寸、大質(zhì)量電池占用了機器人大量寶貴的形態(tài)空間，增大了自重能耗。對于空間利用率本身就低的仿生結構機器人而言，電池的形態(tài)設計與比能量密度問(wèn)題更加凸現。總體上，電池形態(tài)設計不合理、比能量密度低等缺陷大幅度限制了機器人的仿生結構設計裕度及其續航力。

  哈工大黃玉東教授課題組與美國密歇根大學(xué)NicholasA Kotov教授合作，在仿生結構型芳綸納米纖維基固體聚合物電池研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表于Science子刊《科學(xué)?機器人》雜志（Biomorphic structural batteries forrobotics，Science Robotics DOI: 10.1126/scirobotics. aba1912）。論文第一作者是黃玉東教授課題組博士后王明強博士，研究工作得到國家自然科學(xué)基金的大力資助和支持。

  為此，黃玉東團隊顛覆了傳統的機器人電池內置思路，首次提出一種全新的自適應型外殼電池思路，該電池微觀(guān)結構類(lèi)似于生物脂肪，電性能與力學(xué)性能優(yōu)異。宏觀(guān)上，電池為機器人的一體化外殼，既是能源中心，也是防護裝甲。研究發(fā)現，采用芳綸納米纖維與聚合物電解質(zhì)結合的方式可以得到力學(xué)性能與電性能十分優(yōu)異的復合電池。與傳統聚合物電解質(zhì)相比，新型復合電解質(zhì)拉伸強度提高了12倍，拉伸模量提高了85倍。與此同時(shí)，研究發(fā)現新型電解質(zhì)的性能與纖維直徑呈現不同的依賴(lài)關(guān)系，而且納米纖維的搭接點(diǎn)密度與面積、空間體積密度對新型聚合物電解質(zhì)的力學(xué)性能均有重要的影響。有效的搭接點(diǎn)結構以及納米纖維3D網(wǎng)絡(luò )結構可以有效穩定促進(jìn)力的轉移。更為重要的是，纖維的骨架結構可有效阻礙聚合物電解質(zhì)結晶，增強離子轉移速率，同時(shí)保證循環(huán)過(guò)程電解質(zhì)較小的體積變化。同時(shí)，優(yōu)異的力學(xué)性能以及穩定的離子傳輸又可抑制電池枝晶的生長(cháng)，從而大幅延長(cháng)新型電池使用壽命。

  新型電池在多種軟體微型機器人中進(jìn)行了驗證，獲得了良好的應用效果。試驗表明該電池不僅可以提高比能量密度，同時(shí)可以作為軟體機器人保護外殼。與體積相同的傳統鋰電池相比，該電池總容量提高70倍。該材料的開(kāi)發(fā)及其結構理論分析結果將為新一代軟體機器人與分布式能量存儲技術(shù)開(kāi)辟新的方向。