Antony Robinson
Ingenieurinnen und Ingenieure des renommierten Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben die nach eigenen Angaben kleinste Batterie der Welt vorgestellt. Sie soll künftig autonome Roboter von der Größe einer Zelle mit Energie versorgen. Die winzigen Roboter wiederum könnten Medikamente im menschlichen Körper verabreichen oder präzise Inspektionen von Gasleitungen vornehmen.
Kleiner als ein Sandkorn
Die von den MIT-Forschenden entwickelte Zink-Luft-Batterie ist kleiner als ein Sandkorn. Sie ist nur 0,1 Millimeter lang und 0,002 Millimeter dick, was etwa der Dicke eines menschlichen Haares entspricht. Diese Batterie hat die Fähigkeit, Sauerstoff aus der Umgebungsluft aufzunehmen und damit Zink zu oxidieren. Durch diesen Prozess wird ein elektrischer Strom erzeugt, der eine Spannung von bis zu 1 Volt erreichen kann. Damit kann die Batterie kleine Schaltungen, Sensoren oder Aktoren mit Strom versorgen.
Michael Strano, Professor für Chemieingenieurwesen am MIT und Hauptautor der Studie, sieht in dieser Entwicklung ein enormes Potenzial. Er betont, dass die Integration von Robotikfunktionen in diese Batterie einen bedeutenden Fortschritt bei der Miniaturisierung von Technologien darstellt. Diese winzigen Batterien könnten eine Schlüsselrolle bei der Herstellung autonomer Mikroroboter spielen, die in der Lage sind, ihre Umgebung zu erkunden und auf sie zu reagieren.
Herausforderungen bei der Energieversorgung von Mikrorobotern
Die Entwicklung von Mikrorobotern ist mit zahlreichen Herausforderungen verbunden. Eine der größten Hürden besteht darin, diese winzigen Geräte mit ausreichend Energie zu versorgen. Während einige Forschende versucht haben, diese Roboter mit Solarenergie zu betreiben, wird dieser Ansatz durch die Notwendigkeit einer kontinuierlichen Lichtquelle eingeschränkt. Mikroroboter, die auf externe Energiequellen angewiesen sind, haben eine begrenzte Reichweite und werden oft als „Marionetten“ bezeichnet, da sie wie an unsichtbaren Fäden geführt werden.
Um wirklich autonome Roboter zu entwickeln, die auch in schwer zugänglichen Bereichen operieren können, ist eine autonome Energieversorgung unerlässlich. Hier kommen Zink-Luft-Batterien ins Spiel, die aufgrund ihrer hohen Energiedichte eine längere Lebensdauer als viele andere Batterietypen aufweisen.
So ist die Mini-Batterie aufgebaut
Die Konstruktion dieser winzigen Batterie basiert auf einer Zinkelektrode, die mit einer Platinelektrode verbunden ist. Diese Elektroden sind in ein Band aus einem speziellen Polymer namens SU-8 eingebettet, das häufig in der Mikroelektronik verwendet wird. Sobald die Elektroden mit Sauerstoff aus der Umgebungsluft in Kontakt kommen, oxidiert das Zink und es entstehen Elektronen, die zur Platinelektrode fließen und so den elektrischen Strom erzeugen.
Das Forschungsteam des MIT hat gezeigt, dass diese winzige Batterie genug Energie liefern kann, um einen Aktor anzutreiben – in diesem Fall einen kleinen Roboterarm, der sich heben und senken lässt. Darüber hinaus könnte die Batterie auch einen so genannten Memristor, ein elektrisches Bauteil, das durch Änderung seines elektrischen Widerstands Informationen speichern kann, sowie einen Taktgeber versorgen, mit dem Roboter die Zeit verfolgen können.
Einsatzmöglichkeiten der kleinen Batterie
Die Einsatzmöglichkeiten der winzigen Batterie sind vielfältig und laut Forschungsteam vielversprechend. Ein besonders interessantes Anwendungsgebiet ist die Medizin. Die Forschenden stellen sich vor, dass mit dieser Batterie ausgestattete Mikroroboter in den menschlichen Körper injiziert werden, um dort gezielt Medikamente freizusetzen. Diese Roboter könnten bestimmte Zielorte im Körper, zum Beispiel kranke Zellen, aufsuchen und dort ihre therapeutische Fracht abgeben. Nicht klar wird aus der Pressemitteilung des MIT, wie die Batterien mit Sauerstoff versorgt werden, sobald die Robobter im Körper sind. Und Sauerstoff braucht es für die Energieerzeugung, wie bereits geschrieben.
Ein weiteres Einsatzgebiet könnte laut Forschungsteam die Inspektion technischer Anlagen sein. Mikroroboter könnten in schwer zugängliche Bereiche vordringen, um Lecks in Gasleitungen oder andere Schäden aufzuspüren. Die Fähigkeit, unabhängig von externen Energiequellen zu arbeiten, würde diesen Robotern eine wesentlich größere Reichweite und Flexibilität verleihen.
So soll es mit der Forschung weitergehen
In der aktuellen Studie verwendet das Forschungsteam noch ein Kabel, um die Batterie mit dem Roboter zu verbinden. Für die Zukunft planen sie jedoch, die Batterie direkt in das Gerät zu integrieren. Dadurch könnten Roboter entwickelt werden, die völlig autonom arbeiten und ihre Energie direkt aus der Umgebung beziehen.
Für Professor Strano und sein Team ist diese Entwicklung ein zentrales Element ihrer Bemühungen im Bereich der Mikrorobotik. Sie stellen sich vor, dass Roboter in Zukunft ähnlich wie Elektroautos um eine leistungsstarke Batterie herum gebaut werden. Diese Vision könnte die Art und Weise, wie wir über die Konstruktion von Robotern nachdenken, grundlegend verändern.
Die Forschenden arbeiten auch daran, die Spannung der Batterie weiter zu erhöhen. Eine höhere Spannung könnte zusätzliche Anwendungen ermöglichen und die Leistung von Mikrorobotern weiter steigern.
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