Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’ndeki (MIT) bilim insanları, hücre boyutundaki robotlara özerklik sağlayabilecek, insan vücuduna ilaç dağıtımı ve diğer sorunları çözme konusunda yeni olanaklar sunabilecek minyatür bir pil geliştirdi.
0,1 milimetre uzunluğunda ve 0,002 milimetre kalınlığında (insan saçı kalınlığına eşdeğer) olan pil, havadaki oksijeni yakalayıp çinkoyu oksitlemek için kullanarak 1 volta kadar akım oluşturabiliyor. Bu, küçük bir devreye, sensöre veya aktüatöre güç sağlamak için yeterlidir.
“Bunun robotik açısından çok faydalı olacağını düşünüyoruz. MIT’de Carbon P. Dubbs Kimya Mühendisliği Profesörü ve çalışmanın kıdemli yazarı Michael Strano, “Pilin içine robotik işlevsellik yerleştirdik ve bu bileşenleri cihazlara birleştirmeye başladık” dedi. Science Robotics dergisinde yayınlanan makalenin baş yazarları doktora öğrencisi Ge Zhang ve MIT yüksek lisans öğrencisi Sungyun Yang’dır.
Strano’nun laboratuvarı birkaç yıldır çevredeki uyaranlara yanıt verebilen küçük robotlar üzerinde çalışıyor. Bu kadar küçük robotların geliştirilmesindeki ana zorluklardan biri, onların yeterli güce sahip olduğundan emin olmaktır. Diğer araştırmacılar, güneş enerjisini kullanarak mikro ölçekli cihazlara güç verebileceklerini gösterdiler, ancak bu yaklaşımın bir 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 “kukla” olarak bilinir. Bu küçük cihazların içine pil gibi bir güç kaynağı yerleştirmek, onları çok daha uzağa gidebilmek için serbest bırakabilir.
“Kukla sistemleri aslında bataryaya ihtiyaç duymuyor çünkü ihtiyaç duydukları tüm gücü dışarıdan alıyorlar. Ancak küçük bir robotun başka türlü ulaşılamayacak alanlara girebilmesi gerekiyorsa, o zaman daha yüksek düzeyde özerkliğe sahip olması gerekir. Pil, dış dünyaya bağlı olmayacak bir şey için gerekli,” diye açıkladı Strano.
Daha otonom hale gelebilecek robotlar yaratmak için Strano’nun laboratuvarı çinko-hava pili kullanmaya karar verdi. Yüksek enerji yoğunluğundan dolayı diğer birçok pil çeşidine göre daha uzun ömürlü olan bu piller işitme cihazlarında sıklıkla kullanılmaktadır. Geliştirilen pil, mikroelektronikte yaygın olarak kullanılan SU-8 polimer şeridi içine gömülü bir platin elektrota bağlanan bir çinko elektrottan oluşuyor. Bu elektrotlar havadaki oksijen molekülleriyle etkileşime girdiğinde çinko oksitlenir ve platin elektrota akan elektronları serbest bırakarak bir akım oluşturur.
Araştırmada bilim insanları, bu pilin bir aktüatöre (bu örnekte kaldırılıp indirilebilen bir robot koluna) güç sağlamak için yeterli enerjiyi sağlayabileceğini gösterdi. Pil aynı zamanda bir memristöre, elektrik direncini değiştirebilen bir elektrikli bileşene ve robotik cihazların zamanı takip etmesine olanak tanıyan bir saat devresine de güç sağlayabilir.
Pil aynı zamanda ortamdaki kimyasal maddelerle karşılaştıklarında elektrik direncini değiştiren iki farklı tipteki sensörü çalıştırabilecek gücü de sağlıyor. Sensörlerden biri atomik olarak ince molibden disülfitten, diğeri ise karbon nanotüplerden yapılmıştır.
Strano, “Hücresel düzeyde işlevler oluşturmak için temel yapı taşlarını oluşturuyoruz” dedi. Bu çalışmada bilim insanları pili harici bir cihaza bağlamak için bir kablo kullandılar ancak gelecekteki çalışmalarda pilin cihaza yerleştirildiği robotlar yaratmayı planlıyorlar. “Bu, robotik çabalarımızın çoğunun temeli olacak. Strano, elektrikli bir arabanın bir pilin etrafında olması gibi, bir güç kaynağının etrafında da bir robot inşa edebilirsiniz, diye ekledi.
Bu tür çabalardan biri, insan vücuduna yerleştirilebilecek, hedef bölgeyi arayabilecek ve daha sonra insülin gibi bir ilacı serbest bırakabilecek küçük robotlar geliştirmektir.
Araştırmacılar, cihazların insan vücudunda kullanılmak üzere, artık ihtiyaç duyulmadığında parçalanacak biyouyumlu malzemelerden yapılmasını öngörüyor. Araştırmacılar ayrıca pilin voltajını artırmak için de çalışıyorlar, bu da yeni uygulamalara yol açabilir.