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Eine winzige Batterie versorgt den Roboter mit Strom (Foto: Michael Strano) |
Eine Zink-Luft-Batterie nimmt Sauerstoff aus der Umgebung auf und oxidiert eine winzige Menge Zink. Diese Reaktion kann 1 Volt erzeugen. Diese Energie kann dann einen Sensor oder einen kleinen Roboterarm mit Strom versorgen, der Objekte wie Insulin direkt in die Zellen eines Diabetikers heben und senken kann.
Zwar gibt es schon seit langem Vorschläge, mikroskopisch kleine Roboter einzusetzen, um Medikamente an bestimmte Stellen im Körper zu bringen, doch ihre Energieversorgung ist nach wie vor ein schwieriges Problem.
Viele aktuelle Designs sind solarbetrieben, das heißt, sie müssen dem Sonnenlicht ausgesetzt oder durch Laser gesteuert werden. Allerdings können sie nicht tief in den Körper eindringen, da sie ständig an eine Lichtquelle angeschlossen sein müssen.
„Wenn ein Mikroroboter in Bereiche vordringen soll, die für Menschen unzugänglich sind, muss er über ein höheres Maß an Autonomie verfügen“, sagte der leitende Studienautor Michael Strano, ein Chemieingenieur am MIT.
Die Batterie ist 0,01 Millimeter groß.
Es handelt sich um eine der kleinsten Batterien, die je erfunden wurden. Im Jahr 2022 beschrieben Forscher in Deutschland eine millimetergroße Batterie, die auf einen Mikrochip passen würde. Die Batterie von Strano und seinem Team ist etwa zehnmal kleiner und misst nur 0,1 Millimeter Länge und 0,002 Millimeter Dicke. (Ein durchschnittliches menschliches Haar ist etwa 0,1 Millimeter dick.)
Die Batterie besteht aus zwei Komponenten: einer Zinkelektrode und einer Platinelektrode. Diese sind in ein Polymer namens SU-8 eingebettet. Wenn das Zink mit Luftsauerstoff reagiert, entsteht eine Oxidationsreaktion, bei der Elektronen freigesetzt werden. Diese Elektronen fließen zur Platinelektrode.
Die Batterien werden mithilfe der Fotolithografie hergestellt. Dabei werden lichtempfindliche Materialien verwendet, um nanometergroße Muster auf Siliziumscheiben zu übertragen. Dieses Verfahren wird häufig zur Herstellung von Halbleitern eingesetzt. Wie Strano und seine Kollegen in der Fachzeitschrift „Science Robotics“ berichten, können damit schnell 10.000 Batterien auf jede Siliziumscheibe „gedruckt“ werden.
In der neuen Studie verbanden die Forscher diese winzigen Batterien über einen Draht mit Mikrorobotern, die ebenfalls in Stranos Labor entwickelt wurden. Sie testeten die Fähigkeit der Batterie, einen Memristor mit Strom zu versorgen.
Sie verwendeten außerdem eine superdünne Batterie, um einen Uhrenschaltkreis mit Strom zu versorgen, der dem Roboter die Zeitmessung ermöglicht, sowie zwei Nanosensoren – einen aus Kohlenstoffnanoröhren und einen aus Molybdändisulfid. Solche Mikrosensoren könnten in Rohren oder anderen schwer zugänglichen Stellen platziert werden, so die Forscher.
Das Team nutzte außerdem Batterien, um den Arm eines der Mikroroboter zu bewegen. Diese winzigen Antriebe könnten es medizinischen Robotern ermöglichen, im Körper zu arbeiten und Medikamente zu einem bestimmten Zeitpunkt oder an einem bestimmten Ort zu verabreichen.
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