Kum tanesinden daha küçük olan bu çinko-hava pilleri, minik robotların çevrelerini algılamasına ve tepki vermesine yardımcı olabilir.
MIT mühendisleri tarafından tasarlanan küçük bir pil, insan vücuduna ilaç dağıtımı için hücre büyüklüğünde otonom robotların konuşlandırılmasını ve gaz boru hatlarındaki sızıntıların tespiti gibi diğer uygulamaları mümkün kılabilir.
0,1 milimetre uzunluğunda ve 0,002 milimetre kalınlığında olan yeni pil, kabaca bir insan saçının kalınlığı kadardır, havadan oksijeni yakalayabilir ve bunu çinkoyu oksitlemek için kullanarak 1 volta kadar bir akım yaratabilir. Araştırmacılar, bunun küçük bir devreyi, sensörü veya aktüatörü çalıştırmak için yeterli olduğunu gösterdi.
MIT’de Kimya Mühendisliği Karbon P. Dubbs Profesörü ve çalışmanın kıdemli yazarı olan Michael Strano, “Bunun robotik için çok kolaylaştırıcı olacağını düşünüyoruz” diyor. “Pile robotik işlevler inşa ediyoruz ve bu bileşenleri bir araya getirip cihazlara dönüştürmeye başlıyoruz.”
Science Robotics’te yayınlanan makalenin baş yazarları, Dr. Ge Zhang PhD ’22 ve MIT lisansüstü öğrencisi Sungyun Yang’dır .
Pillerle çalışır
Strano’nun laboratuvarı birkaç yıldır çevrelerindeki uyaranları algılayabilen ve bunlara yanıt verebilen minik robotlar üzerinde çalışıyor. Bu kadar minik robotları geliştirmedeki en büyük zorluklardan biri, yeterli güce sahip olduklarından emin olmaktır.
Diğer araştırmacılar, mikro ölçekli cihazları güneş enerjisi kullanarak çalıştırabileceklerini gösterdiler, ancak bu yaklaşımın sınırlaması, robotların her zaman kendilerine doğrultulmuş bir lazer veya başka bir ışık kaynağına sahip olmaları gerektiğidir. Bu tür cihazlar, harici bir güç kaynağı tarafından kontrol edildikleri için “kuklalar” olarak bilinir. Bu küçük cihazların içine pil gibi bir güç kaynağı koymak, çok daha uzağa gitmelerini sağlayabilir.
Strano, “Kukla sistemleri gerçekten bir pile ihtiyaç duymuyor çünkü ihtiyaç duydukları tüm enerjiyi dışarıdan alıyorlar,” diyor. “Ancak küçük bir robotun normalde erişemeyeceğiniz alanlara girebilmesini istiyorsanız, daha yüksek bir otonomi seviyesine sahip olması gerekir. Dış dünyaya bağlı olmayacak bir şey için bir pil olmazsa olmazdır.”
Daha otonom hale gelebilecek robotlar yaratmak için Strano’nun laboratuvarı çinko-hava pili olarak bilinen bir pil türü kullanmaya karar verdi. Yüksek enerji yoğunluğu nedeniyle diğer birçok pil türünden daha uzun bir ömre sahip olan bu piller genellikle işitme cihazlarında kullanılır.
Tasarladıkları pil, mikroelektronikte yaygın olarak kullanılan SU-8 adlı bir polimer şeridine gömülmüş bir platin elektroda bağlı bir çinko elektrottan oluşur. Bu elektrotlar havadaki oksijen molekülleriyle etkileşime girdiğinde, çinko oksitlenir ve platin elektroda akan elektronları serbest bırakarak bir akım yaratır.
Bu çalışmada araştırmacılar, bu pilin bir aktüatörü çalıştırmak için yeterli enerji sağlayabileceğini gösterdiler — bu durumda, kaldırılıp indirilebilen bir robotik kol. Pil ayrıca, elektriksel direncini değiştirerek olayların anılarını saklayabilen bir elektrik bileşeni olan bir memristöre ve robotik cihazların zamanı takip etmesini sağlayan bir saat devresine de güç sağlayabilir.
Pil ayrıca, ortamda kimyasallarla karşılaştıklarında elektrik dirençlerini değiştiren iki farklı sensör türünü çalıştırmak için yeterli güç sağlar. Sensörlerden biri atomik olarak ince molibden disülfürden, diğeri ise karbon nanotüplerden yapılmıştır.
Strano, “Hücresel düzeyde işlevleri geliştirmek için temel yapı taşlarını üretiyoruz” diyor.
Robotik sürüler
Araştırmacılar bu çalışmada bataryayı harici bir cihaza bağlamak için bir tel kullandılar ancak gelecekteki çalışmalarda bataryanın bir cihaza yerleştirildiği robotlar yapmayı planlıyorlar.
Strano, “Bu, robotik çabalarımızın çoğunun özünü oluşturacak,” diyor. “Bir enerji kaynağının etrafına bir robot inşa edebilirsiniz, tıpkı bir elektrikli arabayı bataryanın etrafına inşa edebileceğiniz gibi.”
Bu çabalardan biri, insan vücuduna enjekte edilebilecek ve hedef bir bölgeyi arayıp ardından insülin gibi bir ilacı salabilecek minik robotlar tasarlamak etrafında dönüyor. Araştırmacılar, insan vücudunda kullanım için cihazların, artık ihtiyaç duyulmadığında parçalanacak biyouyumlu malzemelerden yapılmasını öngörüyor.
Araştırmacılar ayrıca pilin voltajını artırarak ek uygulamalara olanak sağlamak için de çalışmalar yürütüyorlar.
Araştırma, ABD Kara Kuvvetleri Araştırma Ofisi, ABD Enerji Bakanlığı, Ulusal Bilim Vakfı ve MathWorks Mühendislik Bursu tarafından finanse edildi.
Kaynak ve devamına Buradan ulaşabilirsin.