Es wurden winzige Batterien aus einem Haar hergestellt.

TPO – Forscher haben eine Batterie entwickelt, die so dünn ist wie ein Haar und mit der Roboter betrieben werden können, die so klein sind wie ein Satzzeichen.

Eine Art Miniaturbatterie, die den Roboter mit Strom versorgt (Foto: Michael Strano).

Zink-Luft-Batterien entziehen der Umgebung Sauerstoff und oxidieren winzige Mengen Zink – eine Reaktion, die bis zu 1 Volt erzeugen kann. Diese Energie kann dann Sensoren oder kleine Roboterarme mit Strom versorgen, die Objekte wie Insulin direkt in die Zellen von Diabetikern einbringen können.

Während mikroskopische Roboter schon seit langem für die gezielte Verabreichung von Medikamenten an bestimmte Stellen im Körper vorgeschlagen werden, stellt deren Energieversorgung nach wie vor eine große Herausforderung dar.

Viele aktuelle Designs nutzen Solarenergie, was bedeutet, dass sie Sonnenlicht ausgesetzt oder mit Lasern gesteuert werden müssen. Beide können jedoch nicht tief in den Körper eindringen, da sie stets an eine Lichtquelle angeschlossen sein müssen.

„Wenn man einen Mikroroboter haben will, der in für Menschen unzugängliche Bereiche vordringen kann, muss er über einen höheren Grad an Autonomie verfügen“, sagte der leitende Studienautor Michael Strano, Chemieingenieur am MIT.

Die Batterie hat einen Durchmesser von 0,01 Millimetern.

Dies ist eine der kleinsten jemals entwickelten Batterien. 2022 beschrieben Forscher in Deutschland eine nur einen Millimeter große Batterie, die auf einen Mikrochip passt. Die Batterie von Strano und seinem Team ist etwa zehnmal kleiner und misst lediglich 0,1 Millimeter in der Länge und 0,002 Millimeter in der Dicke (ein menschliches Haar ist durchschnittlich etwa 0,1 Millimeter dick).

Diese Batterie besteht aus zwei Komponenten: einer Zinkelektrode und einer Platinelektrode. Diese sind in ein Polymer namens SU-8 eingebettet. Wenn Zink mit Sauerstoff aus der Luft reagiert, entsteht eine Oxidationsreaktion, bei der Elektronen freigesetzt werden. Diese Elektronen fließen zur Platinelektrode.

Die Batterien werden mithilfe eines Verfahrens namens Fotolithografie hergestellt, bei dem lichtempfindliche Materialien verwendet werden, um nanometergroße Strukturen auf Siliziumwafer zu übertragen. Dieses Verfahren wird häufig zur Herstellung von Halbleitern eingesetzt. Wie Strano und seine Kollegen in der Fachzeitschrift Science Robotics berichteten, lassen sich damit schnell 10.000 Batterien auf einen einzigen Siliziumwafer „drucken“.

In der neuen Studie verwendeten die Forscher einen Draht, um diese winzigen Batterien mit mikroskopischen Robotern zu verbinden, die ebenfalls in Stranos Labor entwickelt werden. Sie testeten die Fähigkeit der Batterie, einen Memristor mit Strom zu versorgen.

Sie verwendeten zudem ultradünne Batterien zur Stromversorgung der Uhrschaltung, wodurch der Roboter die Zeit messen und zwei Nanosensoren mit Strom versorgen konnte – einen aus Kohlenstoffnanoröhren und den anderen aus Molybdändisulfid. Solche Mikrosensoren lassen sich laut den Forschern in Rohre oder andere schwer zugängliche Stellen einbringen.

Das Forschungsteam nutzte außerdem Batterien, um einen Arm eines der Mikroroboter mit Strom zu versorgen. Diese winzigen Aktuatoren könnten es medizinischen Robotern ermöglichen, im Körper zu operieren und Medikamente zu einem bestimmten Zeitpunkt oder an einem bestimmten Ort zu verabreichen.

Ha Thu

Laut Live Science