比沙粒还小！MIT开发出可为微型机器人供电的电池

（来源：MIT News）

近日，麻省理工学院的科学家设计开发出一种微型电池，可以实现把细胞大小、自主运行的微型机器人部署到人体内进行药物递送，或者是在天然气管道中寻找泄漏点等其他应用。

他们开发的这种新微型电池长 0.1 毫米，厚 0.002 毫米，可以捕获空气中的氧气，并将其用于氧化锌，进而产生电压达 1 伏特的电流。

研究人员表示，这足以为小型电路、传感器或执行器等设备进行供电。“我们认为这对于机器人技术而言非常有帮助。”这项研究的主导者、麻省理工学院化学工程系教授 Michael Strano 说道，“我们正在电池上构建更多机器人功能，并将这些组件组装成设备。”

（来源：Science Robotics）

目前这项研究成果已经以“High energy density picoliter-scale zinc-air microbatteries for colloidal robotics”为题发表在 Science Robotics 上。麻省理工学院化学工程系研究生 Ge Zhang 和 Sungyun Yang 为这篇论文的共同一作。

由电池供电

长期以来，Michael Strano 的实验室一直致力于开发能够感知环境刺激并做出响应的微型机器人。早在 2018 年，Michael Strano 和团队曾开发了当时世界上最小的机器人。这种微型机器人与人类卵细胞大小相当，内部含有二维材料制成的电子线圈，绑定在一种名为“胶质”的微小颗粒上，它们能够感知周围的环境、存储数据以及开展一些计算任务等，可用于医疗诊断、石油/天然气泄漏检测等。

研究人员表示，开发此类微型机器人所面临的主要挑战之一，是确保它们拥有足够的动力。

先前大量研究已经证明，可以使用太阳能为微型机器人提供电力，但这种方法的局限性在于，机器人必须始终处于激光或其他光源的照射中。因此，这类设备又被称为“牵线木偶”，因为它们由外部电源控制。若是能将电池放入这些微型设备中，那么它们就可以自由、远距离移动。

“这套‘牵线木偶’系统实际上并不需要电池，因为它们可以从外部获取所需的所有电力。”Michael Strano 说，“但是，如果你希望微型机器人能够进入人类无法进入的空间，那么它就需要拥有更高的自主性。对于那些不受外界束缚的设备来说，电池是必不可少的。”

为了开发更具自主性的微型机器人，Michael Strano 的实验室决定采用锌空气电池。由于能量密度高，这些电池比许多其他类型的电池往往具有更长的使用寿命，因此通常用于助听器中。

（来源：MIT News）

他们设计的电池由一个锌电极和一个铂电极组成，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领域。当这些电极与空气中的氧分子相互作用时，锌会被氧化并释放出流向铂电极的电子，从而产生电流。

研究人员表示，这种电池可以为多种类型的设备提供足够能量来维持运行。比如，具体到该项研究中，这个设备是个可以升高和降低的机械臂。这种电池也可以为忆阻器（一种可以通过改变电阻来实现存储的电子元件）和时钟电路（用于生成和提供精确稳定的时钟信号）供电。

除此之外，该电池还能够为两种不同类型的传感器提供足够的电力，当它们遇到环境中的化学物质时，这些传感器的电阻会发生变化。其中一种传感器由原子级厚度的二硫化钼制成，另一种则由碳纳米管制成。

“我们正在制造基本的组块，以便在细胞水平上构建功能。”Michael Strano 说。

机器人矩阵

在这项研究中，Michael Strano 和团队使用一根电线将电池连接到外部设备上，但在未来的工作中，他们计划建造将电池集成到设备中的机器人中。

“这将成为我们许多机器人工作的核心。”Michael Strano 说，“你可以围绕电力源构建一个机器人，就像围绕电池建造一辆电动汽车一样。”

其中，他们开展的一项研究工作主要围绕设计开发可以注射到人体内的微型机器人，这些微型机器人可以寻找目标部位，然后释放胰岛素等药物。为了能在人体中使用，研究人员设想这些设备将由生物相容性材料制成，一旦完成药物递送任务，这些材料就会自动分解。

此外，Michael Strano 和团队还致力于探索如何提高这种微型电池的电压，这将会进一步拓展这些电池的应用范围。

这项研究由美国陆军研究办公室、美国能源部和国家科学基金会资助，并获得 MathWorks 工程奖学金。