Aus einem Haar eine kleine Batterie gemacht

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TPO – Forscher haben eine haardünne Batterie entwickelt, die Roboter mit Strom versorgen kann, die so klein wie Satzzeichen sind.

Aus einem Haar eine kleine Batterie gemacht Foto 1

Eine winzige Batterie versorgt den Roboter mit Strom (Foto: Michael Strano)

Zink-Luft-Batterien nehmen Sauerstoff aus der Umgebung auf und oxidieren winzige Mengen Zink, eine Reaktion, die 1 Volt erzeugen kann. Diese Energie könnte dann einen Sensor oder einen kleinen Roboterarm mit Strom versorgen, der einen Gegenstand, beispielsweise Insulin, direkt in die Zellen eines Diabetikers heben und senken könnte.

Zwar gibt es schon seit langem Vorschläge, mikroskopisch kleine Roboter einzusetzen, um Medikamente an bestimmte Stellen im Körper zu bringen, doch ihre Stromversorgung ist nach wie vor ein schwieriges Problem.

Viele aktuelle Designs werden mit Solarenergie betrieben, das heißt, sie müssen dem Sonnenlicht ausgesetzt oder durch Laser gesteuert werden. Allerdings können beide nicht tief in den Körper eindringen, da sie ständig an eine Lichtquelle angeschlossen sein müssen.

„Wenn ein Mikroroboter in Bereiche vordringen soll, die für Menschen unzugänglich sind, muss er über ein höheres Maß an Autonomie verfügen“, sagte der leitende Studienautor Michael Strano, ein Chemieingenieur am MIT.

Die Batterie ist 0,01 Millimeter groß.

Dies ist eine der kleinsten Batterien, die jemals erfunden wurden. Im Jahr 2022 beschrieben Forscher in Deutschland eine millimetergroße Batterie, die auf einen Mikrochip passen könnte. Die Batterie von Strano und seinem Team ist etwa zehnmal kleiner und misst nur 0,1 Millimeter in der Länge und 0,002 Millimeter in der Dicke (ein durchschnittliches menschliches Haar ist etwa 0,1 Millimeter dick).

Diese Batterie besteht aus zwei Komponenten, einer Zinkelektrode und einer Platinelektrode. Sie 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 in einem Verfahren namens Photolithografie hergestellt, bei dem lichtempfindliche Materialien verwendet werden, um nanometergroße Muster auf Siliziumscheiben zu übertragen. Dieses Verfahren wird häufig zur Herstellung von Halbleitern verwendet. Es können schnell 10.000 Batterien auf jede Siliziumscheibe „gedruckt“ werden, berichteten Strano und seine Kollegen in der Zeitschrift Science Robotics.

In der neuen Studie verwendeten die Forscher ein Kabel, um diese winzigen Batterien mit Mikrorobotern zu verbinden, die ebenfalls in Stranos Labor entwickelt wurden. Sie testeten die Fähigkeit der Batterie, einen Memristor mit Strom zu versorgen.

Sie verwendeten außerdem eine superdünne Batterie, um einen Uhrschaltkreis mit Strom zu versorgen, der es dem Roboter ermöglicht, die Zeit zu messen, und um zwei Nanosensoren mit Strom zu versorgen, von denen einer aus Kohlenstoffnanoröhren und der andere aus Molybdändisulfid besteht. Den Forschern zufolge könnten derartige Mikrosensoren in Rohre oder andere schwer erreichbare Stellen eingelassen werden.

Das Team verwendete außerdem Batterien, um einen Arm eines der Mikroroboter zu bewegen. Diese winzigen Bewegungen könnten es medizinischen Robotern ermöglichen, im Körper zu operieren und Medikamente zu einem bestimmten Zeitpunkt oder an einem bestimmten Ort zu verabreichen.

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