微型机器人最大的局限性，不是不会走，而是没走两步就没电。一枚1.7 g的微型机器人，靠商用电池只能爬约2分钟；如果想续航2小时，电池要占总重94%，能量密度得达到5382 Wh kg−1，这几乎是在为难现有电池技术。
复旦大学高分子科学系高悦团队换了个思路：既然管道、建筑、设备表面到处都有铝、锌、硅等活性材料，为什么不把机器人脚底变成“发电机”？他们在《国家科学评论》（National Science Review）报道了一种交联聚丙烯酸钾（XL-PAAK）高分子“皮肤膜”，让微型机器人踩着环境发电，还能边供电边感知路况、主动寻找可供电表面。
电化学聚合物皮肤膜实现微型机器人连续供电与智能环境感知示意图
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从“背着电池走”到“踩着环境走”
传统微电池越做越小，封装和导电材料占比却越来越高，能量密度断崖式下跌。高悦团队跳出“把电池塞得更小”的路线，提出一种开放电化学系统：把高分子膜贴在机器人脚底，接触金属或硅基材时，利用空气中的水分和氧气发生电化学反应，直接把环境化学能变成电。该“皮肤膜”在锌基板上功率密度达133 mW cm−2，在铝基板上达103 mW cm−2。它还能缩到约1 mm2、百微米厚，体积小至0.0004 cm3，电流保持能力依然在线。
交联聚丙烯酸钾皮肤膜的制备与电化学性能
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高分子“皮肤膜”的设计：既要发电，又要走路，还要感知
第一，它会“喝水保水”。膜内–COO⁻、K⁺和OH⁻能与水分子形成强相互作用，在干燥环境里主动抓水、锁水。哪怕在20%相对湿度的“撒哈拉级”环境中暴露48小时，它仍能稳定放电。低温–20°C下，电压只比室温低约0.2 V；80°C高温也能工作，水分蒸发后补点水即可恢复正常性能。
第二，它“接触即发电，抬脚即停止”。膜与铝、锌等基材接触时，基材失去电子，膜侧的Pt/C催化层把氧气和水还原，形成回路。这个过程约0.1毫秒就能建立，抬脚即中断。机器人每走一步，都是一次反应界面刷新。
第三，它“粘得牢，又抬得快”。膜通过–COO⁻与金属基材产生静电粘附，剪切方向粘得稳，防止打滑；垂直方向脱附阻力小，不影响抬脚。机器人因此能在倾斜铝板上稳定爬行。
第四，它还能“摸”出脚下的世界。踩到不同材质时，电化学反应速率和OH⁻消耗不同，引起膜内K⁺定向迁移，产生特征电势信号；踩到粗糙表面时，外力挤压也会改变离子分布。材质变化表现为稳定方波，粗糙度变化表现为毫伏级尖峰，两种信号天然解耦。进一步做成X-Y电极阵列后，机器人还能知道“踩到了什么”和“在哪个位置踩到”。
研究论文
https://doi.org/10.1093/nsr/nwag529
