Инженеры MIT разрабатывают крошечные батареи для питания роботов

Маленькие словно песчинки цинково-воздушные батарейки могут помочь миниатюрным роботам взаимодействовать с окружающей средой.

Инженеры Массачусетского технологического института разработали крошечную батарейку, которая позволит создать автономных роботов размером с клетку. Они могут быть использованы для доставки лекарств в организме человека или для обнаружения утечек в газопроводах.

Новая батарея размером примерно как человеческий волос может захватывать кислород из воздуха и использовать его для создания тока напряжением до 1 вольта. Этого достаточно для питания небольшой схемы, датчика или привода, показали исследователи.

Майкл Страно, профессор химического машиностроения Карбон П. Даббс в Массачусетском технологическом институте и старший автор исследования, говорит, что это будет полезно для робототехники. Мы добавляем робототехнические функции в батарею и собираем эти компоненты в устройства.

Ведущие авторы работы — Ге Чжан и Сунъюнь Ян из Массачусетского технологического института. Статья опубликована в журнале Science Robotics.

Питание от батарей

Лаборатория Страно уже несколько лет разрабатывает крошечных роботов, реагирующих на окружающую среду. Одна из главных проблем — обеспечение их достаточной мощностью.

Другие исследователи показали, что микромасштабные устройства можно питать солнечной энергией. Но такие роботы ( «марионетки») должны постоянно находиться под воздействием источника света. Если же поместить батарею внутрь устройства, оно сможет перемещаться дальше.

Страно говорит, что марионеткам не нужен аккумулятор, потому что они получают всю энергию извне. Но маленькому роботу для проникновения в труднодоступные места нужна автономность, которую обеспечивает аккумулятор.

В лаборатории Страно создали робота с высокой автономностью, используя цинково-воздушную батарею. Такие батареи часто используются в слуховых аппаратах из-за длительного срока службы и высокой плотности энергии.

Разработанная батарея состоит из цинкового и платинового электродов. Они взаимодействуют с молекулами кислорода из воздуха, в результате чего цинк окисляется и высвобождает электроны, создавая ток.

В исследовании учёные показали, что батареи хватает для питания исполнительного механизма — роботизированной руки. Также она может питать мемристор, который хранит воспоминания о событиях, изменяя своё электрическое сопротивление, и часовую схему, которая позволяет роботизированным устройствам следить за временем.

Батарея обеспечивает достаточную мощность для работы двух датчиков, которые меняют сопротивление при контакте с химическими веществами. Один датчик сделан из дисульфида молибдена, другой — из углеродных нанотрубок.

Мы создаём основу для функций на клеточном уровне, — говорит Страно.

Роботизированные рои

В этом исследовании учёные подключили батарею к внешнему устройству с помощью провода. В дальнейшем они планируют создать роботов со встроенной батареей.

Это станет основой многих наших робототехнических работ, — говорит Страно.

Можно построить робота вокруг источника энергии, как электромобиль вокруг батареи.

Исследователи разрабатывают крошечных роботов, которые смогут вводить лекарства в организм человека, например инсулин. Для применения в теле человека устройства должны быть изготовлены из биосовместимых материалов, которые будут распадаться, когда выполнят свою функцию.

Также учёные работают над увеличением напряжения батареи роботов, что может расширить область их применения.

16.08.2024