麻省理工学院的工程师们设计了一种微型电池，可以部署细胞大小的自主机器人，用于在人体内输送药物，以及其他应用，如定位天然气管道泄漏。
这种新电池长0.1毫米，厚0.002毫米，大约相当于人类头发的厚度，它可以从空气中捕获氧气，并用它来氧化锌，产生电位高达1伏的电流。研究人员表示，这足以为一个小型电路、传感器或执行器供电。
“我们认为这将对机器人技术非常有利，”麻省理工学院化学工程教授、该研究的资深作者迈克尔·斯特拉诺说。“我们正在将机器人功能构建到电池上，并开始将这些组件整合到设备中。”
22届张舸博士和麻省理工学院研究生杨颂云是这篇论文的主要作者，论文发表在《科学机器人》杂志上。
几年来，斯特拉诺的实验室一直在研究能够感知环境刺激并做出反应的微型机器人。开发这种微型机器人的主要挑战之一是确保它们有足够的动力。
其他研究人员已经证明，他们可以使用太阳能为微型设备供电，但这种方法的局限性在于，机器人必须始终有激光或其他光源指向它们。这种装置被称为“牵线木偶”，因为它们是由外部电源控制的。在这些微型设备中放入电池之类的电源可以让它们漫游得更远。
斯特拉诺说:“牵线木偶系统实际上不需要电池，因为它们从外部获得所需的所有能量。”“但如果你想让一个小型机器人能够进入你无法进入的空间，它需要有更大程度的自主权。电池对于不与外界连接的东西来说是必不可少的。”
为了制造更加自主的机器人，斯特拉诺的实验室决定使用一种被称为锌空气电池的电池。由于能量密度高，这种电池比其他类型的电池寿命更长，通常用于助听器。
他们设计的电池由一个锌电极连接到一个铂电极，嵌入到一种称为SU-8的聚合物条中，这种聚合物通常用于微电子。当这些电极与空气中的氧分子相互作用时，锌被氧化并释放出流向铂电极的电子，从而产生电流。
在这项研究中，研究人员展示了这种电池可以提供足够的能量来驱动驱动器——在这种情况下，是一个可以升降的机械臂。这种电池还可以为忆阻器和时钟电路供电。忆阻器是一种电子元件，可以通过改变电阻来存储事件的记忆，时钟电路可以让机器人设备跟踪时间。
电池还提供足够的电力来运行两种不同类型的传感器，当它们遇到环境中的化学物质时，会改变它们的电阻。其中一个传感器由原子级薄的二硫化钼制成，另一个由碳纳米管制成。
斯特拉诺说:“我们正在制造基本的构建模块，以便在细胞水平上构建功能。”
在这项研究中，研究人员使用一根电线将电池连接到外部设备，但在未来的工作中，他们计划制造将电池集成到设备中的机器人。
斯特拉诺说:“这将成为我们许多机器人工作的核心。”“你可以围绕能源制造机器人，就像你可以围绕电池制造电动汽车一样。”
其中一项努力是设计可以注射到人体内的微型机器人，在那里它们可以找到一个目标部位，然后释放胰岛素等药物。对于人体使用，研究人员设想这种装置将由生物相容性材料制成，一旦不再需要就会分解。
研究人员还在努力提高电池的电压，这可能会带来更多的应用。
作者：麻省理工学院
链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2024/08/240816121453.htm
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