麻省理工學院設計了微型電池，為細胞大小的機器人提供動力

由麻省理工學院工程師設計的微型電池可以實現細胞大小的自主機器人在人體內進行藥物輸送，例如在人體內進行藥物遞送，或用於檢測天然氣管道中的洩漏等應用。

這種新型電池長0.1毫米，厚0.002毫米，大約相當於一根頭髮的厚度。它可以從空氣中捕獲氧氣，並利用它來氧化鋅，產生高達1伏特的電流。研究人員表示，這足以為小型電路、傳感器或致動器提供動力。

麻省理工學院化學工程學碩士教授、該研究的資深作者麥可‧史特拉諾（Michael Strano）表示：「我們認為這將為機器人技術帶來極大的幫助。我們正在將機器人的功能整合到電池上，並開始將這些組件整合成設備。」

該論文的主要作者是MIT的博士畢業生Ge Zhang與研究生Sungyun Yang，論文已發表於《科學機器人學》（Science Robotics）。

由電池供電

多年來，Strano的實驗室一直致力於研究能夠感應環境刺激並做出反應的微型機器人。開發這種微型機器人的主要挑戰之一是確保它們有足夠的動力。

其他研究人員已經證明，他們可以使用太陽能為微型設備供電，但這種方法的局限在於機器人必須隨時有雷射或其他光源對準它們。因此，這些設備被稱為「木偶」，因為它們由外部電源控制。如果能將電池等電源放入這些微型設備中，則可以讓它們自由地在更廣泛的空間內活動。

「木偶系統並不需要電池，因為它們從外部獲取所需的所有能量，」史特拉諾說。「但是，如果你想讓一個小型機器人能夠進入你無法進入的空間，它需要有更高的自主性。對於不需要與外界連接的東西來說，電池是必不可少的。」

為了創造能夠變得更加自主的機器人，史特拉諾的實驗室決定使用一種稱為鋅空氣電池的電池。這些電池由於其高能量密度，比許多其他類型的電池具有更長的使用壽命，通常用於助聽器。

他們設計的電池由一個鋅電極和一個鉑電極組成，嵌入到一種稱為SU-8的聚合物條中，這種聚合物常用於微電子學。當這些電極與空氣中的氧分子相互作用時，鋅被氧化並釋放電子，電子流向鉑電極，產生電流。

在這項研究中，研究人員證明，這種電池可以提供足夠的能量來為一個執行器提供動力——在這種情況下，是一個可以升降的機械臂。該電池還可以為一個可以透過改變電阻來儲存事件記憶的電子元件（稱為記憶電阻器）和一個時鐘電路提供動力，這使機器設備能夠追蹤時間。。

此外，這款電池還能夠為兩種不同類型的傳感器供電，這些傳感器在遇到環境中的化學物質時會改變其電阻。其中一種傳感器由原子級薄的二硫化鉬製成，另一種則由碳奈米管製成。

「我們正在製造基本的構建模組，以便在細胞層面上構立功能，」史特拉諾說。

在這項研究中，研究人員使用電線將電池連接到外部設備，但在未來的研究中，他們計劃建造將電池整合到設備中的機器人。

「這將成為我們許多機器人工作的核心，」史特拉諾說。「你可以圍繞一個能源來建造一個機器人，就像你可以圍繞電池來建造一輛電動汽車一樣。」

其中一項工作是設計可以注射到人體內的微型機器人，它們可以在體內尋找目標部位，然後釋放胰島素等藥物。為了在人體內使用，研究人員設想這些設備將由生物相容性材料製成，一旦不再需要，就會分解。

研究人員還在努力提高電池的電壓，這可能會實現更多的應用。