MIT entwickelt 0,1 mm lange Batterie für zellgroße Roboter
Mit einer winzigen Zink-Luft-Batterie vom MIT sollen Mikro-Roboter betrieben werden. Die Batterie kann schon jetzt Aktuatoren und Sensoren befeuern.
(Bild: MIT)
Ingenieure des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben eine winzige Batterie entwickelt, die Sauerstoff aus der Luft aufnimmt und ihn zur Oxidation von Zink verwendet, wodurch eine Spannung von einem Volt generiert wird. Die Batterie könnte in zellgroßen, autonomen Robotern eingesetzt werden, die Medikamente im menschlichen Körper zielgenau transportieren.
Die Batterie des MIT ist lediglich 0,1 mm lang und 0,002 mm dick. Damit ist sie etwa so dünn wie ein menschliches Haar, schreiben die Wissenschaftler in der Studie "High energy density picoliter-scale zinc-air microbatteries for colloidal robotics", die in Science Robotics erschienen ist. Ihre Energie gewinnt die Mikro-Batterie aus der Oxidation von Zink. Den dafür nötigen Sauerstoff entnimmt die Batterie der Umgebungsluft. Die damit generierte Spannung von etwa einem Volt reiche aus, um damit einen kleinen Schaltkreis, einen Sensor oder ein Stellglied mit Strom zu versorgen, heißt es von den MIT-Forschern.
Die Batterie selbst besteht aus einem Streifen SU-8-Polymer. In ihm ist eine Zinkelektrode eingebettet, die mit einer Platinelektrode verbunden ist. Die Elektroden interagieren mit Sauerstoffmolekülen aus der Luft. Das Zink oxidiert und setzt Elektronen frei, die zur Platinelektrode wandern und einen Strom erzeugen.
Mikro-Batterie für winzige Roboter
Die Batterie wollen die Wissenschaftler in zellgroße Roboter integrieren, die sich dann autonom bewegen können – etwa im menschlichen Körper. Sie sollen dort Medikamente wie etwa Insulin an den passenden Zielort bringen, damit deren Wirkung dort besser freigesetzt werden kann. Solche winzigen Roboter sind nicht neu. Bisher werden sie über externe Magnetfelder angesteuert oder erhalten ihre Energie etwa von Laserlicht. Allerdings sind die Einsatzmöglichkeiten solcher Roboter dann begrenzt.
Die vom MIT entwickelte Zink-Luft-Batterie könnte solchen Robotern eine ganz andere Autonomie verschaffen. Dieser Batterietyp wird etwa in Hörgeräten verwendet und überall dort, wo eine hohe Energiedichte bei zugleich langer Lebensdauer benötigt wird.
Die Forscher konnten bereits nachweisen, dass der Strom ihrer Batterie ausreicht, um damit Aktuatoren antreiben zu können. So bauten sie etwa einen Aktuator, der einen kleinen Roboterarm bewegen konnte sowie einen Memristor, ein passives elektrisches Bauteil, das Ereignisse durch Änderungen des elektrischen Widerstandes speichern kann. Auch konnten die Wissenschaftler eine Uhr mit der Batterie betreiben, mit der Roboter die Zeit verfolgen können.
Sensoren lassen sich ebenfalls mit der winzigen Zink-Luft-Batterie betreiben. Die Wissenschaftler konnten damit Sensoren befeuern, die ihren Widerstand ändern, sobald Chemikalien aus der Luft auf sie treffen.
Weitere Verbesserungen geplant
Die MIT-Wissenschaftler haben ihre Batterie bisher mit einem Kabel mit den Geräten verbunden. In Zukunft wollen sie die Batterie direkt im jeweiligen Gerät selbst integrieren. Auch soll die erzeugte Spannung für weitere Anwendungsfälle weiter erhöht werden. Zum Betrieb in Mikro-Robotern im menschlichen Körper wollen die Forscher die Batterie und die Roboter selbst noch aus biokompatiblen Materialien herstellen, damit sich alles im Körper auflösen und abgebaut werden kann.
(olb)