Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) разработали крошечную батарею , которая может революционизировать мир микроробототехники. Новое устройство имеет длину всего 0,1 миллиметра и толщину 0,002 миллиметра, что примерно соответствует толщине человеческого волоса.
Уникальность батареи заключается в ее способности захватывать кислород из воздуха и использовать его для окисления цинка. В результате создается электрический ток с потенциалом до 1 вольта. Такой мощности достаточно для питания небольшой схемы, датчика или актуатора.
Команда ученых уже начала интегрировать различные робототехнические функции в батарею и объединять компоненты в более сложные устройства.
Основной проблемой при создании микроскопических роботов всегда было обеспечение их достаточным количеством энергии. Ранее исследователи предлагали заряжать микробатареи с помощью солнечной энергии, но для этого придется наводить на устройство лазер или искать другой источник света. Батарея MIT освободит роботов от внешних источников питания и позволит им автономно перемещаться на гораздо большие расстояния.
Разработка относится к типу цинк-воздушных элементов питания. Такие аккумуляторы отличаются высокой плотностью энергии и длительным сроком службы, что делает их популярными, например, в слуховых аппаратах.
Конструкция состоит из цинкового и платинового компонентов. Оба встроены в полоску полимера SU-8, который часто используется в микроэлектронике. При взаимодействии с молекулами кислорода цинк окисляется и высвобождает электроны, которые текут к платиновому элементу, создавая ток.
В ходе исследования ученые продемонстрировали, что их батарея способна обеспечить энергией различные компоненты микророботов. Например, она смогла привести в действие актуатор – роботизированную руку, которая может подниматься и опускаться. Кроме того, батарея питала мемристор – электрический компонент, способный хранить информацию о событиях путем изменения своего электрического сопротивления, а также схему часов, позволяющую роботам отслеживать время.
Энергии батареи также хватило для работы двух различных типов датчиков, изменяющих свое электрическое сопротивление при контакте с химическими веществами в окружающей среде. Один из датчиков изготовлен из атомарно тонкого дисульфида молибдена, а другой – из углеродных нанотрубок.
Одно из перспективных направлений применения новой технологии – создание микроскопических роботов для доставки лекарств внутри человеческого тела. Такие устройства могли бы самостоятельно находить целевой участок и высвобождать необходимый препарат, например, инсулин. Изготавливать маленьких лекарей хотят из биосовместимых материалов, которые будут разрушаться после выполнения своей задачи.
В настоящее время исследователи работают над увеличением напряжения батареи, что может открыть дополнительные возможности для ее применения в различных областях науки и техники.