 |
Een soort miniatuurbatterij die de robot van stroom voorziet (Foto: Michael Strano) |
Zink-luchtbatterijen vangen zuurstof op uit de omgeving en oxideren kleine hoeveelheden zink, een reactie die 1 volt kan opwekken. Deze energie kan vervolgens sensoren of kleine robotarmen aandrijven die objecten, zoals insuline, kunnen optillen en laten zakken, rechtstreeks in de cellen van mensen met diabetes.
Hoewel microscopische robots al lange tijd worden voorgesteld voor het toedienen van medicijnen op specifieke locaties in het lichaam, blijft de energievoorziening ervan een lastig probleem.
Veel huidige ontwerpen maken gebruik van zonne-energie, wat betekent dat ze aan zonlicht moeten worden blootgesteld of door lasers moeten worden aangestuurd. Maar geen van beide kan diep in het lichaam doordringen, omdat ze altijd verbonden moeten blijven met een lichtbron.
"Als je een microrobot wilt die ruimtes kan betreden die voor mensen ontoegankelijk zijn, moet deze een hogere mate van autonomie hebben," aldus Michael Strano, scheikundig ingenieur aan het MIT en hoofdauteur van de studie.
De batterij heeft een afmeting van 0,01 millimeter.
Dit is een van de kleinste batterijen die ooit zijn uitgevonden. In 2022 beschreven onderzoekers in Duitsland een batterij van millimeterformaat die op een microchip zou passen. De batterij van Strano en zijn team is ongeveer tien keer kleiner, met een lengte van slechts 0,1 millimeter en een dikte van 0,002 millimeter (de gemiddelde menselijke haar is ongeveer 0,1 millimeter dik).
Deze batterij bestaat uit twee componenten: een zinkelektrode en een platina-elektrode. Deze zijn ingebed in een polymeer genaamd SU-8. Wanneer zink reageert met zuurstof uit de lucht, ontstaat er een oxidatiereactie waarbij elektronen vrijkomen. Deze elektronen stromen naar de platina-elektrode.
De batterijen worden vervaardigd met behulp van een proces genaamd fotolithografie, waarbij lichtgevoelige materialen worden gebruikt om patronen van nanometergrootte over te brengen op siliciumwafers. Deze methode wordt veelvuldig gebruikt voor de productie van halfgeleiders. Het is mogelijk om snel 10.000 batterijen op elke siliciumwafer te "printen", meldden Strano en zijn collega's in het tijdschrift Science Robotics.
In de nieuwe studie gebruikten onderzoekers een draadje om deze kleine batterijen aan te sluiten op microscopische robots die ook in het laboratorium van Strano worden ontwikkeld. Ze testten het vermogen van de batterij om een memristor van stroom te voorzien.
Ze gebruikten ook ultradunne batterijen om de klokcircuits van stroom te voorzien, waardoor de robot de tijd kon bijhouden en twee nanosensoren kon aandrijven, waarvan er één gemaakt was van koolstofnanobuisjes en de andere van molybdeendisulfide. Microsensoren zoals deze kunnen in leidingen of andere moeilijk bereikbare plaatsen worden geplaatst, aldus de onderzoekers.
Het onderzoeksteam gebruikte ook batterijen om een armpje van een van de microrobots aan te drijven. Deze minuscule actuatoren zouden medische robots in staat kunnen stellen om in het lichaam te opereren en medicijnen op een specifiek tijdstip of locatie toe te dienen.
Reactie (0)