工程师设计用于为细胞级机器人供电的微型电池
一种由麻省理工学院工程师设计的微型电池，可能有助于部署细胞尺寸的自主机器人，用于人体内的药物输送，以及其他应用，例如定位燃气管道中的泄漏。
这种新型电池长0.1毫米，厚0.002毫米——大约相当于一根人类头发的厚度——可以从空气中捕获氧气并利用其氧化锌，产生高达1伏的电势。研究人员展示，这足以驱动小型电路、传感器或执行器。
这项研究的主要作者包括Ge Zhang和麻省理工学院研究生Sungyun Yang，相关论文发表在《Science Robotics》期刊上。
由电池驱动
多年来，研究团队一直在研究能够感知和响应环境刺激的微型机器人。开发这种微型机器人的主要挑战之一是确保它们有足够的动力。
其他研究人员已经证明他们可以利用太阳能为微型设备供电，但这种方法的局限性在于机器人必须始终有激光或其他光源对准它们。这类设备被称为“木偶”，因为它们由外部电源控制。将电池等电源放入这些微型设备内部，可以让它们自由漫游到更远的地方。
“木偶系统并不真正需要电池，因为它们从外部获取所需的全部能量。但是，如果希望一个小型机器人能够进入其他方式无法进入的空间，它需要具备更高程度的自主性。对于一个不打算被外部世界束缚的设备来说，电池是必不可少的。”
为了创造出能更自主的机器人，实验室决定使用一种称为锌空气电池的电池类型。由于其高能量密度，这类电池的寿命比许多其他类型的电池更长，常用于助听器。
他们设计的电池由一个连接到铂电极的锌电极组成，嵌入到一种名为SU-8的聚合物条中，这种聚合物通常用于微电子。当这些电极与空气中的氧分子相互作用时，锌被氧化并释放电子，电子流向铂电极，从而产生电流。
在这项研究中，研究人员展示，该电池可以提供足够的能量来驱动一个执行器——在这种情况下，是一个可以升降的机器人手臂。该电池还可以为一个忆阻器供电，忆阻器是一种可以通过改变其电阻来存储事件记忆的电子元件；也可以为一个时钟电路供电，该电路允许机器人设备跟踪时间。
该电池还提供足够的电力来运行两种不同类型的传感器，这些传感器在遇到环境中的化学物质时会改变其电阻。其中一种传感器由原子级薄的二硫化钼制成，另一种由碳纳米管制成。
机器人集群
在这项研究中，研究人员使用导线将电池连接到外部设备，但在未来的工作中，他们计划将电池集成到设备中来构建机器人。
“这将成为我们许多机器人工作的核心。可以围绕能源构建机器人，有点像围绕电池制造电动汽车。”
这些工作之一围绕着设计可以注入人体的微型机器人，它们可以寻找目标部位，然后释放胰岛素等药物。对于在人体内的使用，研究人员设想这些设备将由生物相容性材料制成，一旦不再需要就会分解。
研究人员还在致力于提高电池的电压，这可能使其具有额外的应用前景。
该研究由美国陆军研究办公室、美国能源部、美国国家科学基金会以及MathWorks工程奖学金资助。
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