Wie viele Batterien braucht man, um einen Menschen zu steuern, vorausgesetzt, wir entfernen alle biologischen Mittel zur Speicherung von Energie?

Das Gehirn ist viel leistungsfähiger (~ 20W) als jeder Computer, den wir jemals gebaut haben.

Muskeln sind jedoch wahrscheinlich viel weniger effizient als die Motoren und Aktuatoren, die wir gebaut haben.

In jedem Fall ist die Berechnung des Energieverbrauchs von Menschen relativ einfach (wenn Sie keine Konvertierungen berücksichtigen, usw.).

Eine erwachsene Frau benötigt etwa 2000 Kalorien pro Tag, um ihr Gewicht zu halten. 2000 Kalorien sind 2324 WH.

Lithium-Polymer-Batterien haben eine spezifische Energie von etwa 200 Wh / kg. Das bedeutet, dass etwa 11 kg voll geladene Lithium-Polymer-Batterien benötigt werden, um eine Person einen Tag lang mit Strom zu versorgen.

Ich habe gehört, dass ein Mensch in Ruhe – keine hohe körperliche Anstrengung, nicht laufen oder trainieren – verbraucht etwa 100 Watt nur zu Hause im Leerlauf.

Also 100 WH für eine Stunde = 2400 Wh in 24 Stunden.
Eine AA-Alkaline-Zelle liefert 1,8 Wh, also etwa 55 AA-Zellen würden einen Menschen für eine Stunde lesen, langsam laufen, fernsehen etc.

Im Durchschnitt könnte das Schlafen weniger dauern, und das Üben würde mehr dauern, also 100W ist wahrscheinlich ein guter Durchschnitt nein. Menschen, die warmblütig sind, neigen dazu, eine konstante Menge an Energie zu verwenden, um eine konstante Temperatur aufrechtzuerhalten.

Lithium-18650-Zellen haben etwa 8,33 Wh pro Zelle (3,7 V bei 2250 Ah), so dass 12 Zellen jemanden für eine Stunde laufen ließen.

Gewichtsmäßig wiegen AA-Alkaline 23-24 g / Zelle; ein Stundenwert wäre 1,32 kg
18650 Zellen wiegen 45g, so dass eine Stunde wert eine Masse von 540g hätte.

Extrapolation auf 24 Stunden:
Alkalische Zellen 1584 Zellen, 31,7 kg, 2400 Wh
Lithiumzellen 288 Zellen, 12,96 kg, 2400 Wh

Als ich mir die kühlenden U-Bahnen anschaute, erfuhr ich, dass der durchschnittliche Mensch etwa 4 kJ pro kg Körpermasse oder 1,1 W pro Kilo verbraucht. Bei allem, was wir tun, ist das ziemlich effizient. Etwa 20% davon werden im Gehirn verwendet. Jede lebende Zelle verbraucht eine winzige Menge an Energie. Unter der Annahme von 3 Ladungen pro Tag und Lithium-Ionen-Batterien mit der höchsten Energiedichte von 128 Wh / kg benötigt eine 128-kg-Roboterperson mindestens 8 kg Li-Ion-Batterien.

In Robotern ist ein Großteil der Struktur passiv. Es ist wichtig, das passive Gewicht so niedrig wie möglich zu halten, um den Energieverbrauch niedrig zu halten. Das menschliche Skelett, das nicht wirklich passiv ist, hat eine komplexe mikroporöse Struktur, die das tut. Ein Großteil der führenden strukturellen Entwicklung in der Robotik ist durch Bionik motiviert, aber wir sind weit davon entfernt, so effizient zu sein wie natürliche Organismen.

Das hängt davon ab, wie oft der batteriebetriebene Mensch sich aufladen müsste! Nehmen wir einmal pro Tag an.

Im Durchschnitt braucht ein erwachsener Mensch etwa 2000 Kilokalorien (oft verwirrend als “Kalorien” bezeichnet) pro Tag. Die Kilokalorie ist eine Energieeinheit, die 4184 Joule oder 1,2 Wattstunden entspricht. Die tägliche Aufnahme eines Menschen beträgt also etwa 2,4 Kilowattstunden.

Eine typische Lithium-Ionen-18650-Zelle, 65 mm lang und 18,2 mm im Durchmesser, hat eine Kapazität von ungefähr 2,5 Amperestunden und eine Nennspannung von 3,7 Volt. Sie können eine grobe Schätzung der in der Zelle gespeicherten Energie erhalten, indem Sie einfach diese beiden Zahlen multiplizieren, um 9,25 Wattstunden zu erhalten. Daher würde ein Mensch etwa 260 dieser 18650 Zellen benötigen. Dies würde etwa 12 kg wiegen. (Und jetzt sehe ich, dass Matthew Lai mit fast genau dem gleichen Ergebnis gekommen ist!)

Null, da diese Frage aus folgenden Gründen nicht zutreffend ist:

  • Man kann einen Menschen nicht mit einer reinen elektrischen Energie “antreiben”. Wir laufen auf Biochemie. Die reine elektrische Aktivität unserer Gehirne und unseres Nervensystems stellt eine Minderheit unseres gesamten Energiebedarfs dar (verschiedene Quellen nennen dies 15-25%).
  • Es ist zwar interessant, die Effizienz biologischer Systeme mit künstlichen zu vergleichen, aber es ist ein relativ sinnloser Ausgangspunkt, wenn Sie wirklich einen “batteriebetriebenen Roboter” entwickeln. (Oder hast du vielleicht eine Art Teilmaschine, Teil-organischen Cyborg im Sinn?)

2000 Kalorien (8,4 MJ) sind ungefähr der tägliche menschliche Nahrungsbedarf, der ungefähr 97 Watt Durchschnittsleistung entspricht.

Ein großer Teil dieser Nahrungsenergie wird jedoch verwendet, um chemische Umwandlungen im Körper durchzuführen, die für andere Zwecke als die Aktivität notwendig sind. Zum Beispiel brauchen Sie vielleicht 12 oder 13 Watt als Protein, um Verluste zu ersetzen, die bei einem Roboter nicht auftreten. Sie brauchen sicherlich etwas Energie, um eine konstante Betriebstemperatur zu halten (vielleicht 18C über der Umgebungstemperatur) – und das sollte bei einer Roboterkonstruktion unnötig sein.

IOW, das ist kein vernünftiger Ansatz zur Schätzung der Roboterleistung. Menschen und Roboter der nahen Zukunft arbeiten nach ganz anderen Prinzipien.

Der Mk. Ein Beta-Mensch gibt es schon eine Weile, obwohl einige Modelle noch im Alpha-Stadium sind. Sie erzeugen ihre Energie aus organischen Chemikalien.
Der nächste Release-Kandidat wird stattdessen eine Batterie haben. Organische Abfälle wurden nervig.