Per i robot novità in vista: arriveranno sul mercato nuove microbatterie. Impegnati a progettarle sono al momento gli ingegneri del MIT. Lo scopo è utilizzarle con robot autonomi delle dimensioni di una cellula per la somministrazione di farmaci all'interno del corpo umano, ma anche per altre applicazioni come la localizzazione di perdite nei gasdotti.
Queste batterie saranno lunghe 0,1 mm e spesse 0,002 mm. Tanto per darvi l’idea è circa lo spessore di un capello umano o la dimensione di un granello di sabbia. Sono in grado di catturare ossigeno dall'aria e utilizzarlo per ossidare lo zinco, creando corrente fino a 1 V. Corrente che sarebbe sufficiente ad alimentare un piccolo circuito, un sensore o un attuatore.
Robot alimentati da microbatterie grandi come un granello di sabbia
Michael Strano, professore di ingegneria chimica al MIT, è autore senior di questo studio. Da diversi anni il laboratorio di Strano lavora su piccoli robot in grado di percepire e rispondere agli stimoli dell'ambiente circostante. Una delle sfide principali nello sviluppo di questi piccoli robot è assicurarsi che abbiano energia sufficiente.
Altri ricercatori hanno dimostrato di poter alimentare i dispositivi su microscala utilizzando l'energia solare, quindi una fonte esterna. Il limite di questo approccio è che i robot devono avere sempre un laser o un'altra fonte di luce puntata su di loro.
Per rendere più autonomi questi robot, inserendo una fonte di energia interna, il laboratorio di Strano ha deciso di utilizzare una batteria zinco-aria. Queste batterie, che hanno una durata maggiore rispetto a molti altri tipi di batterie grazie all'alta densità energetica, sono spesso utilizzate negli apparecchi acustici.
Come funzionano le microbatterie zinco-aria
La batteria progettata consiste in un elettrodo di zinco collegato a un elettrodo di platino, inserito in una striscia di un polimero SU-8, comunemente usato per la microelettronica. Quando questi elettrodi interagiscono con le molecole di ossigeno presenti nell'aria, lo zinco si ossida e rilascia elettroni che fluiscono verso l'elettrodo di platino, creando una corrente.
In questo studio, i ricercatori hanno dimostrato che la batteria può fornire energia sufficiente per alimentare un attuatore. In questo caso un braccio robotico che può essere sollevato e abbassato. La batteria può anche alimentare un memristor, un componente elettrico che può memorizzare eventi cambiando la sua resistenza elettrica, e un circuito di clock, che consente ai dispositivi robotici di tenere traccia del tempo.
La batteria fornisce anche energia sufficiente per far funzionare due diversi tipi di sensori che cambiano la loro resistenza elettrica quando incontrano sostanze chimiche nell'ambiente. Uno dei sensori è realizzato in bisolfuro di molibdeno, di spessore atomico, e l'altro in nanotubi di carbonio.
Costruire i robot intorno alle microbatterie
In questo studio, i ricercatori hanno utilizzato un filo per collegare la batteria a un dispositivo esterno. In futuro prevedono di costruire robot in cui la batteria sia incorporata in un dispositivo. In pratica, costruire il robot intorno a una fonte di energia.
Uno di questi sforzi ruota attorno alla progettazione di piccoli robot in materiali biocompatibili che potrebbero essere iniettati nel corpo umano. Potrebbero cercare un sito bersaglio e poi rilasciare un farmaco come l'insulina.
I ricercatori stanno anche lavorando per aumentare i Volt della batteria (al momento di 1 V), che potrebbe consentire ulteriori applicazioni.
Questa ricerca condotta dal MIT è finanziata dall'Ufficio di Ricerca dell'Esercito degli Stati Uniti (U.S. Army Research Office), dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (U.S. Department of Energy), dalla National Science Foundation e da una MathWorks Engineering Fellowship.
L’articolo è tratto da MIT Review, 15 agosto 2024.
