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작은 배터리가 로봇에 전원을 공급합니다(사진: Michael Strano) |
아연-공기 전지는 주변 환경에서 산소를 포집하여 미량의 아연을 산화시키는데, 이 반응은 1볼트(V)의 전압을 생성합니다. 이 에너지는 센서나 소형 로봇팔에 전력을 공급하여 인슐린과 같은 물체를 당뇨병 환자의 세포에 직접 주입하고 내릴 수 있도록 합니다.
미세한 로봇이 신체의 특정 부위에 약물을 전달하기 위해 오랫동안 제안되어 왔지만, 로봇에 동력을 공급하는 것은 여전히 어려운 문제로 남아 있습니다.
현재 많은 기기는 태양열로 작동하는데, 이는 햇빛에 노출되거나 레이저로 제어되어야 한다는 것을 의미합니다. 하지만 두 기기 모두 항상 광원에 연결되어 있어야 하기 때문에 신체 깊숙이 침투할 수는 없습니다.
MIT의 화학공학자이자 이번 연구의 수석 저자인 마이클 스트라노는 "인간이 들어갈 수 없는 공간에 마이크로로봇이 들어갈 수 있게 하려면 더 높은 수준의 자율성이 필요하다"고 말했습니다.
배터리의 크기는 0.01밀리미터입니다.
이것은 지금까지 발명된 가장 작은 배터리 중 하나입니다. 2022년, 독일 연구진은 마이크로칩에 탑재할 수 있는 밀리미터 크기의 배터리를 개발했습니다. 스트라노와 그의 팀이 개발한 배터리는 길이 0.1mm, 두께 0.002mm로, 기존 배터리보다 약 10배 더 작습니다. (사람의 평균 머리카락 두께는 약 0.1mm입니다.)
배터리는 아연 전극과 백금 전극, 두 가지 구성 요소로 이루어져 있습니다. 이 전극들은 SU-8이라는 폴리머에 내장되어 있습니다. 아연이 공기 중의 산소와 반응하면 산화 반응을 일으켜 전자를 방출합니다. 이 전자는 백금 전극으로 이동합니다.
배터리는 광리소그래피라는 공정을 사용하여 제작되는데, 이는 빛에 민감한 물질을 사용하여 나노미터 크기의 패턴을 실리콘 웨이퍼에 전사하는 기술입니다. 이 방식은 반도체 제조에 일반적으로 사용됩니다. 스트라노와 그의 동료들은 사이언스 로보틱스(Science Robotics) 저널에 이 기술을 사용하여 각 실리콘 웨이퍼에 1만 개의 배터리를 빠르게 "인쇄"할 수 있다고 보고했습니다.
새로운 연구에서 연구진은 스트라노 연구실에서 개발한 마이크로로봇에 이 작은 배터리를 전선을 사용하여 연결했습니다. 그들은 이 배터리가 멤리스터에 전력을 공급할 수 있는지 시험했습니다.
또한 로봇이 시간을 측정할 수 있도록 하는 시계 회로에 전력을 공급하기 위해 초박형 배터리를 사용했고, 탄소 나노튜브와 이황화몰리브덴으로 제작된 두 개의 나노 센서에 전력을 공급했습니다. 연구진은 이러한 마이크로센서를 파이프나 기타 손이 닿기 어려운 곳에 설치할 수 있다고 밝혔습니다.
연구팀은 또한 배터리를 사용하여 마이크로로봇 중 하나의 팔을 움직였습니다. 이 작은 액추에이터는 의료용 로봇이 체내에서 특정 시간이나 위치에 약물을 투여하도록 할 수 있습니다.
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