ทำแบตเตอรี่ขนาดเล็กจากเส้นผม

แบตเตอรี่ขนาดเล็กจ่ายพลังงานให้กับหุ่นยนต์ (ภาพถ่าย: Michael Strano)

แบตเตอรี่สังกะสี-อากาศจะจับออกซิเจนจากสิ่งแวดล้อมโดยรอบและออกซิไดซ์สังกะสีจำนวนเล็กน้อย ซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่สามารถสร้างกระแสไฟฟ้าได้ 1 โวลต์ พลังงานนี้สามารถนำไปใช้จ่ายพลังงานให้กับเซ็นเซอร์หรือแขนกลขนาดเล็กที่สามารถยกและลดวัตถุอย่างเช่นอินซูลินลงในเซลล์ของผู้ป่วยโรคเบาหวานได้โดยตรง

แม้ว่าจะมีการเสนอให้ใช้หุ่นยนต์ขนาดเล็กเพื่อส่งยาไปยังตำแหน่งเฉพาะในร่างกายมานานแล้ว แต่การขับเคลื่อนหุ่นยนต์เหล่านี้ยังคงเป็นปัญหาที่ยากลำบาก

การออกแบบในปัจจุบันหลายแบบใช้พลังงานแสงอาทิตย์ หมายความว่าต้องได้รับแสงอาทิตย์หรือควบคุมด้วยเลเซอร์ แต่ทั้งสองแบบไม่สามารถเจาะลึกเข้าไปในร่างกายได้ เพราะต้องเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดแสงอยู่เสมอ

Michael Strano วิศวกรเคมีจาก MIT ผู้เขียนอาวุโสของการศึกษาวิจัยนี้กล่าวว่า “หากคุณต้องการให้ไมโครโรบอตสามารถเข้าถึงพื้นที่ที่มนุษย์เข้าไปไม่ได้ มันจะต้องมีระดับความเป็นอิสระที่สูงกว่า”

แบตเตอรี่มีขนาด 0.01 มิลลิเมตร

มันเป็นหนึ่งในแบตเตอรี่ที่เล็กที่สุดเท่าที่เคยมีการประดิษฐ์ขึ้น ในปี 2022 นักวิจัยในเยอรมนีได้อธิบายแบตเตอรี่ขนาดมิลลิเมตรที่สามารถใส่ลงในไมโครชิปได้ แบตเตอรี่ของ Strano และทีมของเขามีขนาดเล็กกว่าประมาณ 10 เท่า โดยมีความยาวเพียง 0.1 มิลลิเมตร และหนา 0.002 มิลลิเมตร (เส้นผมของมนุษย์โดยเฉลี่ยมีความหนาประมาณ 0.1 มิลลิเมตร)

แบตเตอรี่ประกอบด้วยสองส่วน ได้แก่ อิเล็กโทรดสังกะสีและอิเล็กโทรดแพลทินัม ส่วนประกอบทั้งสองฝังอยู่ในพอลิเมอร์ที่เรียกว่า SU-8 เมื่อสังกะสีทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศ จะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันที่ปลดปล่อยอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนเหล่านี้จะไหลไปยังอิเล็กโทรดแพลทินัม

แบตเตอรี่เหล่านี้ผลิตขึ้นโดยใช้กระบวนการที่เรียกว่า โฟโตลิโทกราฟี ซึ่งใช้วัสดุไวแสงในการถ่ายโอนรูปแบบขนาดนาโนเมตรลงบนแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน วิธีการนี้มักใช้ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ สตราโนและเพื่อนร่วมงานของเขารายงานในวารสาร Science Robotics ว่าสามารถ “พิมพ์” แบตเตอรี่ 10,000 ก้อนลงบนแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนแต่ละแผ่นได้อย่างรวดเร็ว

ในการศึกษาครั้งใหม่นี้ นักวิจัยได้ใช้สายไฟเชื่อมต่อแบตเตอรี่ขนาดเล็กเหล่านี้เข้ากับไมโครโรบอตที่ห้องปฏิบัติการของสตราโนพัฒนาขึ้นเช่นกัน พวกเขาทดสอบความสามารถของแบตเตอรี่ในการจ่ายไฟให้กับเมมริสเตอร์

พวกเขายังใช้แบตเตอรี่ขนาดบางเฉียบเพื่อจ่ายไฟให้กับวงจรนาฬิกาที่ช่วยให้หุ่นยนต์สามารถบอกเวลาได้ และเพื่อจ่ายไฟให้กับเซ็นเซอร์ระดับนาโนสองตัว ตัวหนึ่งทำจากคาร์บอนนาโนทิวบ์ และอีกตัวทำจากโมลิบดีนัมไดซัลไฟด์ นักวิจัยกล่าวว่าไมโครเซ็นเซอร์แบบนี้สามารถนำไปหย่อนลงในท่อหรือบริเวณที่เข้าถึงยากอื่นๆ ได้

ทีมวิจัยยังใช้แบตเตอรี่เพื่อขยับแขนของไมโครโรบอตตัวหนึ่ง ตัวกระตุ้นขนาดเล็กเหล่านี้จะช่วยให้หุ่นยนต์ ทางการแพทย์ สามารถทำงานภายในร่างกายเพื่อจ่ายยาในเวลาหรือสถานที่ที่กำหนดได้

ฮาทู

ตามข้อมูลจาก Live Science