Zink-Luft-Batterien könnten mikroskopische Roboter dazu befähigen, ihre Umgebung wahrzunehmen und auf sie zu reagieren
Ingenieure des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben eine bemerkenswert winzige Batterie entwickelt, die gerade einmal so groß wie ein Sandkorn ist. Diese Zink-Luft-Batterie könnte der Schlüssel zur Entwicklung von zellgroßen, autonomen Robotern sein, die für Anwendungen wie die gezielte Medikamentenabgabe im menschlichen Körper oder das Aufspüren von Gaslecks in Pipelines eingesetzt werden können. Mit einer Größe von nur 0,1 Millimetern Länge und 0,002 Millimetern Dicke erreicht diese Batterie eine Spannung von bis zu 1 Volt und könnte damit kleine Schaltkreise, Sensoren oder Aktoren betreiben.
Revolution in der Mikrorobotik
Die Herausforderung bei der Entwicklung von Mikrorobotern besteht darin, eine geeignete Energiequelle zu finden, die es diesen winzigen Geräten ermöglicht, unabhängig und autonom zu agieren. Während einige Forscher bereits gezeigt haben, dass Mikrosysteme mithilfe von Solarenergie betrieben werden können, sind diese Ansätze oft auf externe Lichtquellen angewiesen, was die Bewegungsfreiheit der Roboter stark einschränkt.
Das Team um Michael Strano, Professor für Chemieingenieurwesen am MIT, hat nun eine Lösung gefunden: Eine winzige, in den Roboter integrierte Batterie. Durch den Einsatz von Zink-Luft-Technologie, die aufgrund ihrer hohen Energiedichte bereits in Hörgeräten verwendet wird, konnten die Forscher eine Batterie entwickeln, die ausreichend Energie für die autonome Funktion winziger Roboter liefert.
Funktionsweise der Zink-Luft-Batterie
Die von den MIT-Ingenieuren entworfene Batterie besteht aus einer Zinkelektrode und einer Platinelektrode, die in einem Polymerstreifen eingebettet sind. Wenn die Elektroden mit Sauerstoffmolekülen aus der Luft reagieren, oxidiert das Zink, wodurch Elektronen freigesetzt werden, die zur Platinelektrode fließen und so einen elektrischen Strom erzeugen.
In Versuchen zeigte die Batterie, dass sie genug Energie liefert, um verschiedene Aktoren zu betreiben – darunter einen robotischen Arm, der angehoben und gesenkt werden kann. Darüber hinaus konnte die Batterie einen sogenannten Memristor antreiben, ein Bauteil, das sich Ereignisse merken kann, indem es seinen elektrischen Widerstand verändert. Auch das Betreiben eines Uhrenschaltkreises, der es Robotern ermöglicht, die Zeit zu messen, wurde erfolgreich demonstriert.
Zukunftsperspektiven: Medizinische Anwendungen und mehr
Eine der spannendsten zukünftigen Anwendungen dieser Technologie könnte in der Medizin liegen. Vorstellbar sind winzige Roboter, die in den menschlichen Körper injiziert werden, um gezielt Medikamente freizusetzen. Diese Roboter könnten aus biokompatiblen Materialien bestehen, die sich nach Erfüllung ihrer Aufgabe im Körper abbauen.
Zukünftige Arbeiten werden sich darauf konzentrieren, die Spannung der Batterie zu erhöhen, um noch mehr Anwendungsmöglichkeiten zu erschließen. Das Ziel der Forscher ist es, Roboter zu entwickeln, die um die Energiequelle herum konstruiert sind – ähnlich wie Elektroautos, die um ihre Batterie herum gebaut werden.
Quelle: https://news.mit.edu/2024/mit-engineers-design-tiny-batteries-powering-cell-sized-robots-0815
