엔지니어들은 셀 크기의 로봇에 전력을 공급하기 위한 소형 배터리를 설계합니다.

MIT 엔지니어가 설계한 작은 배터리를 사용하면 인체 내 약물 전달을 위한 세포 크기의 자율 로봇을 배치할 수 있을 뿐만 아니라 가스 파이프라인의 누출 위치를 찾는 등의 기타 응용 분야를 구현할 수 있습니다.

길이 0.1밀리미터, 두께 0.002밀리미터(대략 사람 머리카락 굵기)인 새 배터리는 공기에서 산소를 포착하고 이를 사용하여 아연을 산화시켜 최대 1볼트의 전류를 생성할 수 있습니다. 이는 작은 회로, 센서 또는 액추에이터에 전력을 공급하기에 충분하다고 연구진은 밝혔습니다.

MIT 화학공학과 Carbon P. Dubbs 교수이자 해당 연구의 수석 저자인 Michael Strano는 "우리는 이것이 로봇 공학에 큰 도움이 될 것이라고 생각합니다."라고 말했습니다. "우리는 배터리에 로봇 기능을 구축하고 이러한 구성 요소를 장치에 통합하기 시작했습니다."

배터리로 구동

수년 동안 Strano의 연구실은 주변 환경의 자극을 감지하고 반응할 수 있는 작은 로봇을 연구해 왔습니다. 이렇게 작은 로봇을 개발하는 데 있어 가장 큰 과제 중 하나는 로봇의 성능이 충분한지 확인하는 것입니다.

다른 연구자들은 태양 에너지를 사용하여 마이크로 규모 장치에 전력을 공급할 수 있음을 보여 주었지만 이러한 접근 방식의 한계는 로봇이 항상 레이저나 다른 광원을 향해야 한다는 것입니다. 이러한 장치는 외부 전원에 의해 제어되기 때문에 "마리오네트"로 알려져 있습니다. 이 작은 장치 안에 배터리와 같은 전원을 넣으면 훨씬 더 멀리 이동할 수 있습니다.

"마리오네트 시스템은 필요한 모든 에너지를 외부에서 공급받기 때문에 실제로 배터리가 필요하지 않습니다."라고 Strano는 말합니다. "그러나 소형 로봇이 다른 방법으로는 접근할 수 없는 공간에 들어갈 수 있으려면 더 높은 수준의 자율성이 필요합니다. 외부 세계와 연결되지 않는 로봇에는 배터리가 필수적입니다. "

보다 자율적이 될 수 있는 로봇을 만들기 위해 Strano의 연구실은 아연 공기 배터리로 알려진 유형의 배터리를 사용하기로 결정했습니다. 높은 에너지 밀도로 인해 다른 유형의 배터리보다 수명이 긴 이러한 배터리는 보청기에 자주 사용됩니다.

그들이 설계한 배터리는 백금 전극에 연결된 아연 전극으로 구성되며, 마이크로 전자공학에 일반적으로 사용되는 SU-8이라는 폴리머 스트립에 내장되어 있습니다. 이러한 전극이 공기 중의 산소 분자와 상호 작용하면 아연이 산화되고 백금 전극으로 흐르는 전자를 방출하여 전류가 생성됩니다.

이번 연구에서 연구원들은 이 배터리가 액추에이터(이 경우에는 올리고 내릴 수 있는 로봇 팔)에 전력을 공급하기에 충분한 에너지를 제공할 수 있음을 보여주었습니다. 배터리는 또한 전기 저항을 변경하여 사건의 기억을 저장할 수 있는 전기 부품인 멤리스터와 로봇 장치가 시간을 추적할 수 있게 해주는 시계 회로에 전력을 공급할 수 있습니다.

또한 배터리는 환경에서 화학 물질이 발견될 때 전기 저항을 변경하는 두 가지 유형의 센서를 실행하기에 충분한 전력을 제공합니다. 센서 중 하나는 원자적으로 얇은 이황화 몰리브덴으로 만들어졌고 다른 하나는 탄소 나노튜브로 만들어졌습니다.

"우리는 세포 수준에서 기능을 구축하기 위해 기본 빌딩 블록을 만들고 있습니다"라고 Strano는 말합니다.

로봇 떼

이번 연구에서 연구원들은 배터리를 외부 장치에 연결하기 위해 와이어를 사용했지만 향후 연구에서는 배터리가 장치에 통합된 로봇을 만들 계획입니다.

"이것은 우리의 많은 로봇 노력의 핵심을 형성할 것입니다"라고 Strano는 말합니다. "배터리를 중심으로 전기 자동차를 만들 수 있는 것처럼 에너지원을 중심으로 로봇을 만들 수 있습니다."

그러한 노력 중 하나는 인체에 ​​주입되어 목표 부위를 찾아 인슐린과 같은 약물을 방출할 수 있는 작은 로봇을 설계하는 것입니다. 인체에 사용하기 위해 연구자들은 장치가 더 이상 필요하지 않으면 분해되는 생체 적합성 재료로 만들어질 것이라고 생각합니다.

연구원들은 또한 배터리의 전압을 높이는 데에도 노력하고 있으며 이를 통해 추가적인 응용이 가능해질 수 있습니다.

이 연구는 미 육군 연구소, 미국 에너지부, 국립 과학 재단 및 MathWorks Engineering Fellowship의 자금 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/08/240816121453.htm