Ich habe aus einem Haar eine kleine Batterie gefertigt.

TPO – Forscher haben eine haardünne Batterie entwickelt, die Roboter von der Größe eines Satzzeichens mit Strom versorgen kann.

Ein winziger Akku versorgt den Roboter mit Energie (Foto: Michael Strano).

Eine Zink-Luft-Batterie nutzt Sauerstoff aus der Umgebung und oxidiert eine geringe Menge Zink. Diese Reaktion kann eine Spannung von 1 Volt erzeugen. Mit dieser Energie lässt sich dann ein Sensor oder ein kleiner Roboterarm betreiben, der beispielsweise Insulin direkt in die Zellen eines Diabetikers einbringen kann.

Obwohl mikroskopische Roboter schon seit langem als Mittel zur gezielten Verabreichung von Medikamenten an bestimmte Stellen im Körper vorgeschlagen werden, stellt deren Energieversorgung nach wie vor ein schwieriges Problem dar.

Viele der derzeitigen Designs werden mit Solarenergie betrieben, das heißt, sie müssen Sonnenlicht ausgesetzt oder mit Lasern gesteuert werden. Beide können jedoch nicht tief in den Körper eindringen, da sie stets an eine Lichtquelle angeschlossen sein müssen.

„Wenn ein Mikroroboter in Bereiche vordringen soll, die für Menschen unzugänglich sind, muss er über einen höheren Grad an Autonomie verfügen“, sagte der leitende Studienautor Michael Strano, Chemieingenieur am MIT.

Die Batterie hat einen Durchmesser von 0,01 Millimeter.

Es handelt sich um eine der kleinsten jemals entwickelten Batterien. Im Jahr 2022 beschrieben Forscher in Deutschland eine millimetergroße Batterie, die auf einen Mikrochip passen könnte. Die Batterie von Strano und seinem Team ist etwa zehnmal kleiner und misst nur 0,1 Millimeter in der Länge und 0,002 Millimeter in der Dicke. (Ein durchschnittliches menschliches Haar ist etwa 0,1 Millimeter dick.)

Die Batterie besteht aus zwei Komponenten: einer Zinkelektrode und einer Platinelektrode. Diese sind in ein Polymer namens SU-8 eingebettet. Reagiert das Zink mit Sauerstoff aus der Luft, entsteht eine Oxidationsreaktion, bei der Elektronen freigesetzt werden. Diese Elektronen fließen zur Platinelektrode.

Die Batterien werden mithilfe eines Verfahrens namens Fotolithografie hergestellt, bei dem lichtempfindliche Materialien verwendet werden, um nanometergroße Strukturen auf Siliziumwafer zu übertragen. Dieses Verfahren wird häufig zur Herstellung von Halbleitern eingesetzt. Strano und seine Kollegen berichten in der Fachzeitschrift Science Robotics, dass sich damit schnell 10.000 Batterien auf einen einzigen Siliziumwafer „drucken“ lassen.

In der neuen Studie verwendeten die Forscher einen Draht, um diese winzigen Batterien mit Mikrorobotern zu verbinden, die ebenfalls in Stranos Labor entwickelt wurden. Sie testeten die Fähigkeit der Batterie, einen Memristor mit Strom zu versorgen.

Sie verwendeten außerdem eine Mikrobatterie, um eine Taktgeberschaltung mit Strom zu versorgen, die es dem Roboter ermöglicht, die Zeit zu messen, und um zwei nanometergroße Sensoren zu betreiben – einen aus Kohlenstoffnanoröhren und den anderen aus Molybdändisulfid. Solche Mikrosensoren könnten in Rohre oder andere schwer zugängliche Stellen eingesetzt werden, so die Forscher.

Das Team nutzte außerdem Batterien, um einen Arm an einem der Mikroroboter zu bewegen. Diese winzigen Motoren könnten es medizinischen Robotern ermöglichen, im Körper zu arbeiten und Medikamente zu einem bestimmten Zeitpunkt oder an einem bestimmten Ort zu verabreichen.

Ha Thu

Laut Live Science