太陽能是目前備受關注的可再生
能源,背后是龐大的發(fā)展前景與市場吸引力。而支撐起太陽能應用的一個關鍵技術便是光伏電池。時至今日,隨著光伏電池的不斷發(fā)展,越來越多的太陽能發(fā)電基地被建設起來,甚至不少城市居民樓也開始嘗試鋪設太陽能電池來調節(jié)城市供電。能源發(fā)展整體呈現(xiàn)出積極向好的趨勢。
自然,這種趨勢背后也得益于光伏電池技術帶來的經(jīng)濟收益,但事實上,在實際使用的過程中,光伏電池的收益其實是遠不及預期的。這一方面原因是溫度對光電效能的負面影響,目前還沒有好的解決辦法;另一方面原因就在于灰塵對于光伏電池持續(xù)性的影響。并且灰塵也很大程度的影響了太陽能在我國的普及。簡單來說,目前我國主要的光電產(chǎn)業(yè)都建設在空曠、光照充足且溫度相對合適的西部地區(qū),但西部地區(qū)塵土飛揚時常出現(xiàn),整體環(huán)境有相對缺水,因此電池板的清潔成為了大問題。電池板蒙塵次數(shù)多次發(fā)生,發(fā)電效能下來了,太陽能利用率以及成本轉化率也就下來了。
不過這個問題最近可能就要被解決了,香港理工大學機械工程系教授王鉆開從昆蟲上獲得靈感,帶領團隊與中山大學先進制造學院團隊合作,成功開發(fā)出一種能和光伏電池板結合的仿生機器人,有助于電池板實現(xiàn)自我清潔系統(tǒng)。
而提供靈感的昆蟲其實是我們熟悉的蜜蜂。根據(jù)相關報道介紹,王教授發(fā)現(xiàn),盡管蜜蜂需要經(jīng)常與花粉花蜜接觸,并且也會像其他昆蟲那樣用前肢清理觸角,但卻很少會用口器來清理前肢。于是王教授及開始懷疑蜜蜂的前肢是不是存在特殊的自潔方式,并在高速攝影機的幫助下驗證了這一點——蜜蜂清潔觸角的過程中,前肢上用于清理的部分會將粘在前肢上的顆粒彈開,并且非常迅速。
了解到這一點后,研究團隊開始從蜜蜂前肢上類似“梳子”的部分著手,分析了其中結構,發(fā)現(xiàn)了一些有趣的特點。報告中是這樣說的:“‘梳子’由很多梳毛組成,每根梳毛長約38微米,上面有跨越近兩個數(shù)量級的剛度梯度,其尖端是軟的,但到根部逐漸變硬。當刷觸角時,‘梳子’彎曲變形儲存彈性能量,那些精妙的剛度梯度結構可增大彈性能量的儲存,加速彈性能的釋放,縮短能量“爆發(fā)”的時間,產(chǎn)生并輸出更大的慣性力,以克服黏附力,將花粉和灰塵顆粒飛速彈出去”(資料來源:中國科學報)。于是相關團隊就開始嘗試,能否在宏觀層面上模仿這種結構。
最終,在歷經(jīng)多次失敗后,他們終于成功實現(xiàn)了仿生剛度梯度彈射器,并以此作為基礎開發(fā)了自清潔機器人。更重要的是,這種機器人不僅僅可以作用于電池板,對于其他有清潔需求,但清潔難度高的戶外大型基礎設施,均可以使用,以起到防塵的目的。同時,相關的成果還有利于生物材料、功率調制以及能量轉換等領域的研究的進一步開展。而這一切或許都要歸功于自然界的神奇與科研團隊的努力。
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