Baterías más pequeñas que un grano de sal logran impulsar minirrobots
Unas pilas ultradiminutas de zinc-aire podrían ayudar a que robots del tamaño de una célula detecten y respondan a su entorno, lleven fármacos por el cuerpo y localicen fugas en gaseoductos.
Por Anne Trafton / MIT News
Las nuevas microbaterías de zinc-aire diseñadas por ingenieros del MIT podrían permitir el despliegue de robots autónomos del tamaño de una célula para la administración de fármacos en el cuerpo humano. Crédito: Cortesía de Michael Strano, et al
Una pequeña batería diseñada por ingenieros del MIT podría permitir el despliegue de robots autónomos del tamaño de una célula para la administración de fármacos en el cuerpo humano, así como otras aplicaciones como la localización de fugas en gasoductos.
La nueva batería, que mide 0,1 milímetros de largo y 0,002 milímetros de grosor, aproximadamente el calibre de un cabello humano, puede captar oxígeno del aire y usarlo para oxidar el zinc, lo que crea una corriente de hasta 1 voltio. Eso es suficiente para alimentar un pequeño circuito, sensor o actuador, según han podido demostrar los investigadores.
«Creemos que va a ser muy útil para la robótica —afirma Michael Strano, catedrático de Ingeniería Química del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y autor principal del estudio. Y añade—: Estamos incorporando funciones robóticas a la batería y empezando a juntar estos componentes en dispositivos».
Ge Zhang PhD '22 y Sungyun Yang, estudiante de posgrado del MIT, son los autores principales del artículo, que aparece publicado en la revista Science Robotics.
¡Funciona con pilas!
El laboratorio de Strano lleva varios años trabajando en robots diminutos capaces de detectar y responder a los estímulos de su entorno. Uno de los mayores retos a la hora de desarrollar estos robots es garantizar que tengan suficiente energía.
Otros investigadores han demostrado que pueden alimentar dispositivos a microescala utilizando energía solar, pero la limitación de ese enfoque es que los robots deben tener un láser u otra fuente de luz apuntando hacia ellos en todo momento. Estos dispositivos se conocen como marionetas, porque están controlados por una fuente de alimentación externa. Colocar una fuente de energía, como una batería, dentro de estos pequeños dispositivos podría liberarlos para viajar mucho más lejos.
"Los sistemas de marionetas realmente no necesitan una batería porque obtienen toda la energía que necesitan del exterior", dice Strano. "Pero si quieres que un robot pequeño pueda entrar en espacios a los que no podrías acceder de otra manera, debe tener un mayor nivel de autonomía. Una batería es esencial para algo que no va a estar atado al mundo exterior".
Como las pilas que se usan en los audífonos
Para crear robots que pudieran ser más autónomos, el laboratorio de Strano decidió utilizar un tipo de pila conocida como pila de zinc-aire. Estas baterías, que tienen una vida útil más larga que muchos otros tipos de pilas, debido a su alta densidad energética, se utilizan a menudo en audífonos.
La pila que diseñaron consiste en un electrodo de zinc conectado a un electrodo de platino, incrustado en una tira de un polímero llamado SU-8, que se utiliza habitualmente en microelectrónica. Cuando estos electrodos interactúan con las moléculas de oxígeno del aire, el zinc se oxida y libera electrones que fluyen hacia el electrodo de platino, creándose así una corriente eléctrica.
Imagen conceptual de un microrrobot inyectando un medicamento a una célula. Imagen generada con DALL-E
En este estudio, los investigadores demostraron que esta pila podía proporcionar energía suficiente para accionar un actuador, en este caso, un brazo robótico que puede subir y bajar. La pila también podría alimentar un memristor, un componente eléctrico capaz de almacenar recuerdos de sucesos cambiando su resistencia eléctrica, y un circuito de reloj, que permite a los dispositivos robóticos controlar el tiempo.
Enjambres robóticos
La batería también proporciona suficiente energía para hacer funcionar dos tipos diferentes de sensores que cambian su resistencia eléctrica cuando se encuentran con productos químicos en el medioambiente. Uno de los sensores está hecho de disulfuro de molibdeno atómicamente delgado y el otro de nanotubos de carbono.
«Estamos creando los bloques de construcción básicos para desarrollar funciones a nivel celular», dice Strano.
En este estudio, los investigadores utilizaron un cable para conectar su batería a un dispositivo externo, pero en futuros trabajos planean construir robots en los que la batería esté incorporada a un dispositivo.
«Esto va a constituir el núcleo de muchos de nuestros esfuerzos robóticos —afirma Strano. Y añade—: Se puede construir un robot en torno a una fuente de energía, algo así como construir un coche eléctrico en torno a la batería».
Uno de esos esfuerzos gira en torno al diseño de robots diminutos que podrían inyectarse en nuestro organismo, donde podrían buscar su objetivo y luego liberar un fármaco, como la insulina. Para su uso en el cuerpo humano, los investigadores prevén que los dispositivos estén fabricados con materiales biocompatibles que se deshagan cuando ya no se necesiten.
Los investigadores también están trabajando para aumentar el voltaje de la batería, lo que podría permitir otras aplicaciones. ▪️
Información facilitada por el MIT -Adaptación: Enrique Coperías / RexMolón Producciones
Fuente: Ge Zhang et al. High energy density picoliter-scale zinc-air microbatteries for colloidal robotics. Science Robotic (2024). DOI: 10.1126/scirobotics.ade4642
