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ロボットの動力源となる小型バッテリーの一種（写真：マイケル・ストラノ） |
亜鉛空気電池は、周囲の環境から酸素を取り込み、微量の亜鉛を酸化させることで1ボルトの電圧を発生させます。このエネルギーは、センサーや小型ロボットアームの動力源として利用でき、インスリンなどの薬剤を糖尿病患者の細胞に直接注入したり、降ろしたりすることができます。
体内の特定の場所に薬剤を届けるための微小ロボットは以前から提案されてきたが、その動力源を確保することは依然として大きな課題である。
現在の多くの設計では太陽光発電が用いられており、そのため日光に当てるかレーザーで制御する必要がある。しかし、どちらの方法も常に光源に接続していなければならないため、体内深くまで浸透することはできない。
「人間が立ち入ることのできない空間に入り込めるマイクロロボットを求めるなら、より高い自律性が必要になる」と、研究の主執筆者であり、MITの化学エンジニアであるマイケル・ストラノ氏は述べた。
バッテリーの寸法は0.01ミリメートルです。
これは、これまでに発明されたバッテリーの中で最も小さいものの1つです。2022年、ドイツの研究者たちは、マイクロチップに搭載できるミリメートルサイズのバッテリーを発表しました。ストラノ氏とそのチームが開発したバッテリーは、それよりも約10倍小さく、長さわずか0.1ミリメートル、厚さ0.002ミリメートルです（人間の髪の毛の平均太さは約0.1ミリメートルです）。
この電池は、亜鉛電極と白金電極という2つの構成要素から成り立っています。これらはSU-8と呼ばれるポリマーに埋め込まれています。亜鉛が空気中の酸素と反応すると、酸化反応が起こり、電子が放出されます。これらの電子は白金電極へと流れます。
この電池は、フォトリソグラフィーと呼ばれるプロセスを用いて製造される。このプロセスでは、感光性材料を用いてナノメートルサイズのパターンをシリコンウェハー上に転写する。この方法は半導体の製造によく用いられる。ストラノ氏らは、この方法を用いることで、1枚のシリコンウェハー上に1万個の電池を迅速に「印刷」できると、学術誌「サイエンス・ロボティクス」に報告した。
今回の研究では、研究者たちはワイヤーを使ってこれらの小型バッテリーを、ストラノの研究室が開発しているマイクロロボットに接続した。そして、バッテリーがメモリスタに電力を供給できるかどうかをテストした。
研究者らはまた、超薄型バッテリーを時計回路の電源として使用し、ロボットが時間を追跡するとともに、カーボンナノチューブと二硫化モリブデンでできた2つのナノスケールセンサーに電力を供給できるようにした。研究者らによると、このようなマイクロセンサーはパイプの中など、手の届きにくい場所にも設置できるという。
研究チームは、マイクロロボットの1つに搭載されたアームを駆動するためにバッテリーも使用した。これらの小型アクチュエータにより、 医療用ロボットが体内で動作し、特定の時間や場所に薬剤を投与することが可能になる。
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