1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Российские нанотехнологии
  4. T. 19, № 2, 2024

Российские нанотехнологии, 2024, T. 19, № 2, стр. 227-237

Сравнительный анализ эффективного энергообеспечения микророботов на основе графеновых материалов с фазовыми переходами

А. С. Дмитриев 1, 2, *, А. А. Жуков 3, **

1 Национальный исследовательский университет “МЭИ”
Москва, Россия

2 ООО “Институт графена”
Москва, Россия

3 Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет)
Москва, Россия

* E-mail: asdmitriev@mail.ru
** E-mail: and_zhukov@mail.ru

Поступила в редакцию 17.12.2022
После доработки 17.04.2023
Принята к публикации 17.04.2023

Аннотация

Проведен анализ систем эффективного энергообеспечения микророботов-инспекторов, предназначенных для осмотра и фиксации повреждений, иных особенностей технически сложных систем при замене человека для выполнения тяжелых и/или опасных работ. Анализ на основе современных методов оценок и расчета эффективности показал, что могут быть использованы различные способы энергетического питания микророботов, включая суперконденсаторы, батареи и другие. Наиболее эффективными оказываются системы на основе солнечного излучения с использованием либо термофотовольтаики, либо материалов с фазовыми переходами. Показано, что микророботы могут быть эффективно обеспечены энергией за счет теплового солнечного излучения с применением материалов на фазовых переходах на основе графеновых нанокомпозитов. Графеновые композитные вставки могут играть роль тепловых ключей, обеспечивающих перемещение микророботов по поверхностям. Это открывает новые возможности для энергообеспечения кластеров (облаков) микророботов для различных применений.

Список литературы

  1. Градецкий В.Г., Князьков М.М., Фомин Л.Ф., Чащухин В.Г. Механика миниатюрных роботов. М.: Наука, 2010. 520 с.

  2. Microbiorobotics (Second edition). Biologically Inspired Microscale Robotic Systems. Micro and Nano Technologies. Elsevier Inc., 2017.

  3. Zhukov A., Bolotnik N., Chashukhin V. A walking robot with termomechanical actuators for the inspection of photo–electric cells of solar arreys for spacecraft. Clawar 2020: 23rd International Conference on Climbing and Walking Robots and the Support Technologies for Mobile Machines, Moscow, Russian Federation, 24–26 August 2020.

  4. Болотник Н.Н., Градецкий В.Г., Жуков А.А. и др. // Космические исследования. 2019. Т. 57. № 2. С. 132.

  5. Васильев Ф.В., Жуков А.А., Коробков М.А. // Сб. тезисов 32 Междунар. науч.-техн. конф. “Экстремальная робототехника”. Санкт-Петербург: ООО “РА ФОРТУНА”, 2021. С. 41.

  6. Горячева И.Г., Болотник Н.Н., Жуков А.А. и др. // Шагающий инсектоморфный мобильный микроробот. Патент РФ № 2699209. 2018.

  7. Черноусько Ф.Л., Смирнов И.П., Козлов Д.В. и др. // Мобильный микроробот. Бюл. № 25. Полезная модель к патенту 154 708 (Россия). 2015.

  8. Смирнов И.П., Козлов Д.В., Жуков А.А. и др. // Микросистемный космический робот-инспектор (варианты). Патент РФ 2 566 454. 2015.

  9. Дмитриев А.С., Жуков А.А., Никитин А.А. // Сб. тезисов 33 Межд. Научно-техн. конф. “Экстремальная робототехника”, 29–30 сентября 2022, Санкт–Петербург. С. 328.

  10. Bhushan P., Tomlin C. // An Insect-scale Untethered Laser-powered Jumping Microrobot. arXiv:1908.03282v1. 2019. DOI: arXiv:1908.03282v1

  11. Nugent T., Kare J. // Proc. SPIE 8045. 2011. P. 514. https://doi.org/10.1117/12.886169

  12. Ozaki T., Ohta N., Jimbo T., Hamaguchi K. // Nature Electronics. 2021. V. 4. P. 845.https://doi.org/10.1038/s41928-021-00669-8

  13. Helbling E., Wood R. // ASME. Appl. Mech. Rev. 2018. V. 70. P. 010801.https://doi.org/10.1115/1.4038795

  14. Le A., Truong L., Quyen T. et al. // EAI Endorsed Transactions on Industrial Networks and Intelligent Systems. 2020. V. 7 (22). P. 5.https://doi.org/10.4108/eai.31-1-2020.162831

  15. Yan Y., Shi W., Zhang X. // EURASIP J. Wireless Commun. Networking. 2020. P. 67.https://doi.org/10.1186/s13638-020-01679-4

  16. Datas A., Chubb D., Veeraragavan A. // Solar Energy. 2013. V. 96. P. 33.https://doi.org/10.1016/j.solener.2013.07.002

  17. Chen G. // J. Appl. Phys. 2011. V. 109. P. 104908.https://doi.org/10.1063/1.3583182

  18. Eftekhari A. // Sustainable Energy Fuels. 2017. V. 1. P. 2053.https://doi.org/10.1039/C7SE00350A

  19. Farhad S., Nazari A. // Int. J. Energy Res. 2019. 43. P. 931. https://doi.org/10.1002/er.4332

  20. Ye Y., Shi Y., Ca N. et al. // J. Power Sources. 2012. V. 199. P. 227. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2011.10.027

  21. Qiu L., Ouyang Y., Feng Y., Zhang X. // Renewable Energy. 2019. V. 140. P. 513.https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.03.088

  22. Дмитриев А.С. Введение в нанотеплофизику. М.: БИНОМ, 2015. 753 с.

  23. Дмитриев А.С., Клименко А.В. // Теплоэнергетика. 2020. Т. 2. С. 1. https://doi.org/10.1134/S0040363620020010

  24. Chen L., Liu J., Fang X., Zhang Z. // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2017. V. 163. P. 125. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2017.01.024

  25. Luo Z., Cheng W., Wei W. et al. // J. Heat. Mass Trans. 2014. V. 75. P. 262. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.03.072

  26. Liu J., Xu C., Chen L. et al. // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2017. V. 170. P. 219. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2017.05.062

  27. Han G., Li H., Grossman J. // Nat. Commun. 2017. V. 8. P. 1446.https://doi.org/10.1038/s41467-017-01608-y

  28. Yin H., Cao S., Liu J. // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2019. 194. P. 252.https://doi.org/10.1016/j.egyr.2020.10.022

  29. Yong K., Chan Y., Lau E., Hung Y. // Case Studies in Thermal Engineering. 2022. V. 31. P. 101795.https://doi.org/10.1016/j.csite.2022.101795

  30. Wang Y., Dai M., Wu H. et al. // Nano Energy. 2021. P. 106499. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106499

  31. Jiang J., Yang Z., Ferreira A., Zhang L. // Adv. Intell. Syst. 2022. V. 4 (5). 2100279. https://doi.org/10.1002/aisy.202100279L

  32. Yang G., Bellingham J., Dupont P. et al. // Sci. Robot. 2018. V. 3. P. 7650. https://doi.org/10.1126/scirobotics.aar7650

  33. Kim J., Moon C. // Int. J. Adv. Smart Convergence. 2019. V. 8 (1). P. 98.https://doi.org/10.7236/IJASC.2019.8.1.98

  34. Junaid A., Konoiko A., Zweiri Y. et al. // Energies. 2017. V. 10. P. 803.https://doi.org/10.3390/en10060803

  35. Rae C., Bradley F. // Ren. Sust. Energy Rev. 2012. V. 16 (9). P. 6497.https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.08.002

  36. Kashiri N., Abate A., Abram S. et al. // Frontiers in Robotics and AI. 2018. V. 5. P. 129.https://doi.org/10.3389/frobt.2018.00129

  37. Жуков А.А., Кудров М.А., Заводсков С.Д. и др. // Радиотехника и электроника. 2017. Т. 62 (7). С. 623.

  38. Bolotnik N.N., Chashchukhin V.G., Gradetsky V.G. et al. // Prospects and possibilities of using thermomechanical microrobots for solving technological tasks in space. CLAWAR 2018: 21st Intern. Conf. on Climbing and Walking Robots and the Support Techn. for Mobile Machines, Panama City, Panama, 10–12 September 2018 Proc. of the CLAWAR 2018. CLAWAR Association Ltd. London. P. 265.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Российские нанотехнологии

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал