锌空气微电池有潜力为细胞大小的自主机器人铺平道路，这些机器人能够在人体内输送药物，以及执行检测管道气体泄漏等任务。麻省理工学院的工程师开发了一种小型电池，可以促进细胞大小、独立自主的药物输送机器人和各种应用的创建，例如识别气体管道的泄漏。
这种创新电池长0.1毫米，厚0.002毫米，约等于人类头发的宽度。它可以从空气中吸收氧气，用于氧化锌，产生高达1伏特的电流。这种输出足以为小电路、传感器或执行器供电，正如研究人员所展示的那样。
麻省理工学院化学工程学的Carbon P. Dubbs教授和该研究的主要作者迈克尔·斯特拉诺(Michael Strano)表示：“我们相信这将大大增强机器人技术。我们正在将机器人功能集成到电池中，并将这些组件组合成设备。”
获得2022年博士学位的张歌(Ge Zhang)和麻省理工学院研究生杨松云(Sungyun Yang)是发表于Science Robotics期刊的论文的主要作者。
电池供电
多年来，斯特拉诺的实验室专注于创建能够检测和反应其周围环境的微型机器人。然而，开发这些小型机器人的一个重要障碍是确保它们拥有可靠的电源。
尽管其他研究表明，微型设备可以通过太阳能供电，但这种方法需要一个持续的光源，比如激光，直接照射到机器人上。这些机器人通常被称为“木偶”，因为它们依赖外部电力才能运行。将电池集成到这些微小设备中，可以使它们更独立地运行并能够旅行更远的距离。
斯特拉诺解释道：“木偶系统不需要电池，因为它们靠外部获取所有能量。如果我们希望一个小机器人能够进入难以到达的区域，它必须具有更高的自主程度。电池对一个不依赖外部电源的设备至关重要。”
为了开发具有增强自主性的机器人，斯特拉诺的团队选择使用锌空气电池。这种类型的电池由于其高能量密度，寿命比多种替代品更长，常见于助听器中。
他们设计的电池由一个锌电极和一个铂电极连接而成，嵌入在一条由广泛用于微电子学的聚合物SU-8制成的条带中。当电极与空气中的氧分子相互作用时，锌发生氧化，释放电子流向铂电极，从而产生电流。
在他们的研究中，研究人员演示了该电池可以产生足够的能量来给一个执行器供电，具体来说是一个能够升降的机械臂。此外，它还可以为一个记忆电阻器供电——一种通过改变自身的电阻来保留事件记忆的电气组件——以及一个时钟电路，允许机器人设备跟踪时间。
该电池还能够运行两种不同类型的传感器，这些传感器在某些化学物质的存在下改变其电阻。其中一个传感器由原子级的二硫化钼制成，而另一个则是由碳纳米管制成的。
斯特拉诺表示：“我们正在创建基本组件，以促进细胞水平的功能。”
机器人群体
在目前的研究中，团队通过一根电线将他们的电池连接到外部设备，但他们计划将电池直接集成到未来的机器人设计中。
斯特拉诺指出：“这将为我们大部分的机器人工作奠定基础。你可以围绕一个能源源构建一个机器人，类似于电动汽车是围绕电池构建的。”
他们正在探索的一个方向是设计用于注入人体的小型机器人。一旦进入，这些机器人可以针对特定部位释放药物，例如胰岛素。团队设想使用生物相容材料制作这些设备，这些材料将在完成任务后分解。
研究人员还在致力于提高电池的电压，以使其能够支持更多应用。
此项研究获得了美国陆军研究办公室、美国能源部、国家科学基金会和MathWorks工程奖学金的资助。
