ทำแบตเตอรี่ขนาดเล็กจากเส้นผม

แบตเตอรี่ขนาดเล็กจ่ายพลังงานให้กับหุ่นยนต์ (ภาพถ่าย: Michael Strano)

แบตเตอรี่สังกะสี-อากาศจะจับออกซิเจนจากสิ่งแวดล้อมโดยรอบและออกซิไดซ์สังกะสีจำนวนเล็กน้อย ซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่สร้างพลังงานได้ 1 โวลต์ พลังงานนี้สามารถจ่ายพลังงานให้กับเซ็นเซอร์หรือแขนกลขนาดเล็กที่สามารถยกและลดวัตถุ เช่น อินซูลิน ลงในเซลล์ของผู้ป่วยเบาหวานได้โดยตรง

แม้ว่าจะมีการเสนอให้นำหุ่นยนต์จุลภาคมาใช้เพื่อส่งยาไปยังตำแหน่งที่เจาะจงในร่างกายมานานแล้ว แต่การจ่ายพลังงานให้หุ่นยนต์ยังคงเป็นปัญหาที่ยาก

การออกแบบในปัจจุบันส่วนใหญ่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งหมายความว่าจะต้องได้รับแสงแดดหรือควบคุมด้วยเลเซอร์ แต่ทั้งสองอย่างไม่สามารถทะลุเข้าไปในร่างกายได้ลึก เนื่องจากต้องเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดแสงอยู่เสมอ

Michael Strano ผู้เขียนอาวุโสของการศึกษาวิจัยและเป็นวิศวกรเคมีที่ MIT กล่าวว่า “หากคุณต้องการให้ไมโครโรบอตสามารถเข้าถึงพื้นที่ที่มนุษย์เข้าไม่ได้ มันจะต้องมีระดับความเป็นอิสระที่สูงกว่า”

แบตเตอรี่มีขนาด 0.01 มิลลิเมตร

แบตเตอรี่ดังกล่าวถือเป็นแบตเตอรี่ที่มีขนาดเล็กที่สุดที่เคยมีการประดิษฐ์ขึ้น ในปี 2022 นักวิจัยในเยอรมนีได้อธิบายถึงแบตเตอรี่ที่มีขนาดเพียงมิลลิเมตรซึ่งสามารถใส่ลงในไมโครชิปได้ แบตเตอรี่ของ Strano และทีมงานมีขนาดเล็กกว่าประมาณ 10 เท่า โดยมีความยาวเพียง 0.1 มิลลิเมตรและหนา 0.002 มิลลิเมตร (เส้นผมของมนุษย์โดยเฉลี่ยมีความหนาประมาณ 0.1 มิลลิเมตร)

แบตเตอรี่ประกอบด้วยสองส่วน ได้แก่ อิเล็กโทรดสังกะสีและอิเล็กโทรดแพลตตินัม อิเล็กโทรดเหล่านี้ฝังอยู่ในโพลิเมอร์ที่เรียกว่า SU-8 เมื่อสังกะสีทำปฏิกิริยากับออกซิเจนจากอากาศ จะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันที่ปลดปล่อยอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนเหล่านี้จะไหลไปที่อิเล็กโทรดแพลตตินัม

แบตเตอรี่เหล่านี้ผลิตขึ้นโดยใช้กระบวนการที่เรียกว่า โฟโตลิโทกราฟี ซึ่งใช้สารที่ไวต่อแสงในการถ่ายโอนรูปแบบขนาดนาโนเมตรลงบนแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอน วิธีการนี้มักใช้ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ Strano และเพื่อนร่วมงานของเขาได้รายงานในวารสาร Science Robotics ว่าสามารถ “พิมพ์” แบตเตอรี่ 10,000 ก้อนลงบนแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอนได้อย่างรวดเร็ว

ในการศึกษาวิจัยครั้งใหม่นี้ นักวิจัยได้ใช้สายไฟเชื่อมต่อแบตเตอรี่ขนาดเล็กเหล่านี้เข้ากับไมโครโรบ็อตที่ห้องทดลองของ Strano พัฒนาขึ้นเช่นกัน โดยพวกเขาได้ทดสอบความสามารถของแบตเตอรี่ในการจ่ายไฟให้กับเมมริสเตอร์

นอกจากนี้ พวกเขายังใช้แบตเตอรี่ขนาดบางเฉียบเพื่อจ่ายไฟให้กับวงจรนาฬิกา ซึ่งช่วยให้หุ่นยนต์สามารถติดตามเวลาได้ และเพื่อจ่ายไฟให้กับเซ็นเซอร์ขนาดนาโน 2 ตัว โดยตัวหนึ่งทำจากนาโนท่อคาร์บอน และอีกตัวทำจากโมลิบดีนัมไดซัลไฟด์ นักวิจัยกล่าวว่าไมโครเซ็นเซอร์ประเภทนี้สามารถวางลงในท่อหรือบริเวณที่เข้าถึงได้ยากอื่นๆ ได้

ทีมวิจัยยังใช้แบตเตอรี่เพื่อขยับแขนของไมโครโรบ็อตตัวหนึ่งด้วย ตัวกระตุ้นขนาดเล็กเหล่านี้จะช่วยให้หุ่นยนต์ ทางการแพทย์ สามารถทำงานภายในร่างกายเพื่อส่งยาในเวลาหรือสถานที่ที่กำหนดได้

ฮาทู

ตามข้อมูลจาก Live Science