یک باتری کوچک که توسط مهندسان MIT طراحی شده است، می‌تواند استقرار ربات‌هایی به اندازه سلول و مستقل را برای تحویل دارو در بدن انسان و همچنین کاربردهای دیگری مانند تعیین محل نشتی در خطوط لوله گاز را امکان‌پذیر کند.

باتری جدید که 0.1 میلی متر طول و 0.002 میلی متر ضخامت دارد - تقریباً به ضخامت یک موی انسان - می تواند اکسیژن هوا را گرفته و از آن برای اکسید کردن روی استفاده کند و جریانی با پتانسیل تا 1 ولت ایجاد کند. محققان نشان دادند که این برای تغذیه یک مدار کوچک، حسگر یا محرک کافی است.

مایکل استرانو، پروفسور Carbon P. Dubbs در مهندسی شیمی در MIT و نویسنده ارشد این مطالعه، می‌گوید: «ما فکر می‌کنیم که این برای رباتیک بسیار توانمند خواهد بود. ما در حال ساخت عملکردهای روباتیک روی باتری هستیم و شروع به قرار دادن این اجزا در کنار هم در دستگاه ها می کنیم.

Ge Zhang PhD '22 و Sungyun Yang، دانشجوی کارشناسی ارشد MIT، نویسنده اصلی این مقاله هستند که در Science Robotics ظاهر می شود.

با باتری ها تغذیه می شود

چندین سال است که آزمایشگاه Strano روی ربات‌های کوچکی کار می‌کند که می‌توانند محرک‌های موجود در محیط خود را حس کنند و به آنها پاسخ دهند. یکی از چالش‌های اصلی در توسعه چنین روبات‌های کوچکی، اطمینان از داشتن قدرت کافی است.

محققان دیگر نشان داده‌اند که می‌توانند دستگاه‌های مقیاس کوچک را با استفاده از انرژی خورشیدی تامین کنند، اما محدودیتی که در این رویکرد وجود دارد این است که روبات‌ها باید همیشه یک لیزر یا منبع نور دیگری داشته باشند. چنین وسایلی به عنوان "ماریونت" شناخته می شوند زیرا توسط یک منبع تغذیه خارجی کنترل می شوند. قرار دادن یک منبع انرژی مانند باتری در داخل این دستگاه‌های کوچک می‌تواند آن‌ها را برای پرسه زدن بسیار دورتر آزاد کند.

استرانو می‌گوید: «سیستم‌های ماریونت واقعاً به باتری نیاز ندارند زیرا تمام انرژی مورد نیاز خود را از بیرون دریافت می‌کنند. اما اگر می‌خواهید یک ربات کوچک بتواند وارد فضاهایی شود که در غیر این صورت نمی‌توانید به آنها دسترسی داشته باشید، باید سطح بیشتری از خودمختاری داشته باشد. باتری برای چیزی ضروری است که به دنیای بیرون متصل نشود. "

آزمایشگاه Strano برای ایجاد ربات‌هایی که می‌توانند مستقل‌تر شوند، تصمیم گرفت از نوعی باتری به نام باتری روی-هوا استفاده کند. این باتری ها که به دلیل چگالی انرژی بالا از بسیاری از انواع باتری ها طول عمر بیشتری دارند، اغلب در سمعک ها استفاده می شوند.

باتری ای که آنها طراحی کردند شامل یک الکترود روی متصل به یک الکترود پلاتین است که در نوار پلیمری به نام SU-8 تعبیه شده است که معمولاً برای میکروالکترونیک استفاده می شود. هنگامی که این الکترودها با مولکول‌های اکسیژن هوا تعامل می‌کنند، روی اکسید می‌شود و الکترون‌هایی را آزاد می‌کند که به سمت الکترود پلاتین جریان می‌یابند و جریان ایجاد می‌کنند.

در این مطالعه، محققان نشان دادند که این باتری می‌تواند انرژی کافی برای تامین انرژی یک محرک - در این مورد، یک بازوی رباتیک که می‌تواند بالا و پایین‌آورده شود، فراهم کند. این باتری همچنین می‌تواند یک ممریستور، یک جزء الکتریکی که می‌تواند با تغییر مقاومت الکتریکی، خاطرات رویدادها را ذخیره کند، و یک مدار ساعت که به دستگاه‌های روباتیک اجازه می‌دهد زمان را پیگیری کنند، تامین می‌کند.

این باتری همچنین قدرت کافی برای راه اندازی دو نوع حسگر مختلف را فراهم می کند که مقاومت الکتریکی آنها در مواجهه با مواد شیمیایی در محیط تغییر می کند. یکی از حسگرها از دی سولفید مولیبدن نازک اتمی و دیگری از نانولوله های کربنی ساخته شده است.

استرانو می‌گوید: «ما در حال ساخت بلوک‌های اساسی برای ایجاد عملکرد در سطح سلولی هستیم.

ازدحام رباتیک

در این مطالعه، محققان از یک سیم برای اتصال باتری خود به یک دستگاه خارجی استفاده کردند، اما در کارهای آینده آنها قصد دارند روبات هایی بسازند که باتری در یک دستگاه گنجانده شود.

استرانو می گوید: «این هسته بسیاری از تلاش های روباتیک ما را تشکیل می دهد. "شما می توانید یک ربات در اطراف یک منبع انرژی بسازید، به نوعی مانند شما می توانید یک ماشین الکتریکی در اطراف باتری بسازید."

یکی از این تلاش‌ها حول محور طراحی روبات‌های کوچکی است که می‌توانند به بدن انسان تزریق شوند، جایی که می‌توانند محل مورد نظر را جستجو کنند و سپس دارویی مانند انسولین را آزاد کنند. برای استفاده در بدن انسان، محققان تصور می‌کنند که این دستگاه‌ها از مواد زیست سازگار ساخته می‌شوند که پس از عدم نیاز از هم جدا می‌شوند.

محققان همچنین در حال کار بر روی افزایش ولتاژ باتری هستند که ممکن است کاربردهای بیشتری را فعال کند.

این تحقیق توسط دفتر تحقیقات ارتش ایالات متحده، وزارت انرژی ایالات متحده، بنیاد ملی علوم و یک کمک هزینه تحصیلی مهندسی MathWorks تامین شده است.