比沙粒还小！MIT开拓出可为微型机械人供电的电池

近日，麻省理工学院的科学家设计开拓出一种微型电池，可以实现把细胞大小、自主运行的微型机器人支配到人体内进行药物递送，或者是在天然气管道中探求泄露点等其他运用。

他们开拓的这种新微型电池长 0.1 毫米，厚 0.002 毫米，可以捕获空气中的氧气，并将其用于氧化锌，进而产生电压达 1 伏特的电流。

研究职员表示，这足以为小型电路、传感器或实行器等设备进行供电。
“我们认为这对付机器人技能而言非常有帮助。
”这项研究的主导者、麻省理工学院化学工程系教授 Michael Strano 说道，“我们正在电池上构建更多机器人功能，并将这些组件组装成设备。
”

（来源：Science Robotics）

目前这项研究成果已经以“High energy density picoliter-scale zinc-air microbatteries for colloidal robotics”为题揭橥在 Science Robotics 上。
麻省理工学院化学工程系研究生 Ge Zhang 和 Sungyun Yang 为这篇论文的共同一作。

由电池供电

长期以来，Michael Strano 的实验室一贯致力于开拓能够感知环境刺激并做出相应的微型机器人。
早在 2018 年，Michael Strano 和团队曾开拓了当时天下上最小的机器人。
这种微型机器人与人类卵细胞大小相称，内部含有二维材料制成的电子线圈，绑定在一种名为“胶质”的眇小颗粒上，它们能够感知周围的环境、存储数据以及开展一些打算任务等，可用于医疗诊断、石油/天然气泄露检测等。

研究职员表示，开拓此类微型机器人所面临的紧张寻衅之一，是确保它们拥有足够的动力。

先前大量研究已经证明，可以利用太阳能为微型机器人供应电力，但这种方法的局限性在于，机器人必须始终处于激光或其他光源的照射中。
因此，这类设备又被称为“牵线木偶”，由于它们由外部电源掌握。
若是能将电池放入这些微型设备中，那么它们就可以自由、远间隔移动。

“这套‘牵线木偶’系统实际上并不须要电池，由于它们可以从外部获取所需的所有电力。
”Michael Strano 说，“但是，如果你希望微型机器人能够进入人类无法进入的空间，那么它就须要拥有更高的自主性。
对付那些不受外界束缚的设备来说，电池是必不可少的。
”

为了开拓更具自主性的微型机器人，Michael Strano 的实验室决定采取锌空气电池。
由于能量密度高，这些电池比许多其他类型的电池每每具有更长的利用寿命，因此常日用于助听器中。

（来源：MIT News）

他们设计的电池由一个锌电极和一个铂电极组成，嵌入到一种名为“SU-8”的聚合物条中，这种聚合物常日用于微电子领域。
当这些电极与空气中的氧分子相互浸染时，锌会被氧化并开释出流向铂电极的电子，从而产生电流。

研究职员表示，这种电池可以为多种类型的设备供应足够能量来坚持运行。
比如，详细到该项研究中，这个设备是个可以升高和降落的机器臂。
这种电池也可以为忆阻器（一种可以通过改变电阻来实现存储的电子元件）和时钟电路（用于天生和供应精确稳定的时钟旗子暗记）供电。

除此之外，该电池还能够为两种不同类型的传感器供应足够的电力，当它们碰着环境中的化学物质时，这些传感器的电阻会发生变革。
个中一种传感器由原子级厚度的二硫化钼制成，另一种则由碳纳米牵制成。

“我们正在制造基本的组块，以便在细胞水平上构建功能。
”Michael Strano 说。

机器人矩阵

在这项研究中，Michael Strano 和团队利用一根电线将电池连接到外部设备上，但在未来的事情中，他们操持建造将电池集成到设备中的机器人中。

“这将成为我们许多机器人事情的核心。
”Michael Strano 说，“你可以环绕电力源构建一个机器人，就像环绕电池建造一辆电动汽车一样。
”

个中，他们开展的一项研究事情紧张环绕设计开拓可以注射到人体内的微型机器人，这些微型机器人可以探求目标部位，然后开释胰岛素等药物。
为了能在人体中利用，研究职员设想这些设备将由生物相容性材料制成，一旦完成药物递送任务，这些材料就会自动分解。

此外，Michael Strano 和团队还致力于探索如何提高这种微型电池的电压，这将会进一步拓展这些电池的运用范围。

这项研究由美国陆军研究办公室、美国能源部和国家科学基金会帮助，并得到 MathWorks 工程奖学金。

原文链接：

https://news.mit.edu/2024/mit-engineers-design-tiny-batteries-powering-cell-sized-robots-0815