电动汽车发动机的新型复合材料

　　美国橡树岭***实验室的科学家们利用新技术制造了一种复合材料，可以提高铜线的电流容量，从而提供了一种可以按比例缩放以用于超高效、高功率密度的电动汽车牵引马达的新材料。

　　这项研究旨在减少阻碍电动汽车广泛应用的障碍，包括降低拥有成本，改善电动机和电力电子设备等组件的性能和寿命。该材料可以部署在任何使用铜的组件中，包括更高效的母线和用于电动汽车牵引逆变器以及用于无线和有线充电系统等应用的较小连接器。为了生产重量更轻、性能更好的导电材料ORNL的研究人员将碳纳米管沉积在扁平的铜基板上，形成了一种金属基质复合材料，其电流处理能力和机械性能均比单独使用铜更好。在铜基体中加入碳纳米管以提高导电性和机械性能并不是一个新主意。碳纳米管因其重量轻、强度高和导电性能而成为绝佳的选择。但是其他研究人员过去对复合材料的尝试导致材料长度非常短，只有微米或毫米，加上有限的可伸缩性，或较长的材料性能很差。ORNL小组决定尝试使用静电纺丝法沉积单壁碳纳米管，这是一种商业上可行的方法，当液体喷射通过电场时产生纤维。ORNL化学科学部的博士后研究员李凯解释说，该技术可控制沉积材料的结构和方向。在这种情况下，该过程使科学家能够成功的将碳纳米管定向到一个大致方向，以促进电流的流动。然后，该团队使用了磁控溅射（一种真空镀膜技术）在碳纳米管镀膜的铜带上添加薄层铜膜。然后将涂覆的样品在真空炉中退火，形成致密、均匀的铜层，从而产生高导电的铜-碳纳米管网络，并允许铜扩散到碳纳米管基体中。利用这种方法，ORNL的科学家创造了一种长10厘米，宽4厘米的铜-碳纳米管复合材料，其具有出色的性能。材料的微观结构特性由美国能源部科学用户设施的纳米材料科学中心的仪器进行分析。

　　研究人员发现，与纯铜相比，该复合材料的电流容量提高了14％，机械性能提高了20％。该项目的首席研究员Tolga Aytug说：“通过将碳纳米管的所有出色特性嵌入到铜基体中，我们的目标是提高机械强度、减轻重量和提高电流容量。然后，您将获得更好的导体，且功耗更低，从而提高了设备的效率和性能。例如，性能的改善意味着我们可以减小体积并提高***电机系统的功率密度。”这项工作建立在ORNL的超导研究历史悠久的基础上，该研究已经生产出了低电阻导电的优良材料。该实验室的超导导线技术已***给几家工业供应商，可实现高容量电力传输，同时将功率损耗降至最低。Aytug说，虽然新的复合材料的突破对电动机有直接影响，但在效率、质量和尺寸是关键指标的应用中，也可以改善电气化。他说，通过商业可行性技术实现的性能特性改善，意味着为各种电气系统和工业应用设计高级导体的新可能性。ORNL小组还在研究使用双壁碳纳米管和其他沉积技术（例如超声波涂层与辊对辊系统结合使用）可生产长度约1米的样品。ORNL电力驱动技术项目经理、电力电子和电机集团负责人Burak Ozpineci指出:“电机基本上是金属-钢片和铜绕组的结合。”“为了实现美国能源部汽车技术办公室2025年的电动汽车目标，我们需要将电力驱动器的功率密度提高，并将电动机的体积减少8倍，这意味着要改善材料性能。”

　　机器人行业的发展

　　机器人虽然最初被用于工厂制造等目的，但在日常工作中，它们越来越频繁地出现在工作场所和家中。在意识到老年人用自己的手完成基本任务是多么麻烦之后，Roboteam的联合创始人Yossi Wolf设计了一款自主的个人人工智能（AI）助手机器人Temi，它以最小的功耗提供高性能。该机器人重12kg（100cm×35cm×45cm），具有25.65cm的高清液晶显示屏，带有防指纹涂层和自动面部跟踪屏幕倾斜（15°～+55°）。它使用Robox自主导航系统进行三维地图绘制、用户检测和跟踪、避障、路径规划等。这使得移动和稳定的任何类型的表面，如硬地板，地毯，瓷砖和房间过渡；其自适应电机控制允许相应地调整扭矩。传感器系统（如360度激光雷达、深度摄像头、RGB摄像头、近距离传感器）可感应障碍物并在其周围移动，以及在无法避免时停止的算法，如楼梯。系统支持蓝牙和Wi-Fi连接。内置的人工智能功能允许用户在应用程序中使用亚马逊的“Alexa”或“Hey temi”作为语音助手。它有自动语音识别（ASR）和远场语音技术、自然语言处理（NLP）、语音到文本和文本到语音（TTS）引擎来响应用户。多个摄像头（13MP高分辨率摄像头、13MP宽远程导航摄像头和一个飞行时间（TOF）深度摄像头）可用于拍摄图像。其他功能包括四个全方位数字话筒，具有回声消除和环境噪音降低功能；锂离子电池，每次充电可工作8小时，并配有一个充电插接站；20W音频，带一个低音炮、两个中音扬声器、两个高音喇叭、无源散热器和高保真均衡器；定制零转弯半径和速度高达1米/秒的轮胎等。

　　temi应用程序（在iOS和Android上都可以免费使用）让用户可以从世界上任何地方控制机器人，并且可以在家中进行虚拟移动，以确保在他们不在的情况下一切正常。该应用程序支持英语、日语、韩语、简体中文，最新版本还包括泰语和繁体中文。该软件可在需要时通过“空中传送”进行更新。该应用程序允许用户与没有助手的人即时互动和分享照片和视频。机器人可以在被要求时识别和跟踪，保存预设位置，并自动导航，同时控制所有智能家居设备，并通过其动态音频和视频功能和web服务将用户与其他人连接起来。当用户数据通过互联网发送或保存在云存储平台中时，将使用最新标准对其进行完全加密。除了作为家用的个人机器人，它还可以作为零售、酒店、企业、教育、医疗、娱乐等领域的参与解决方案。最近，这家位于美国的初创公司宣布与互联生活社区建立全球合作伙伴关系，以应对Covid-19流感大流行。