Ingenieros del MIT han diseñado una batería diminuta que podría permitir el despliegue de robots autónomos del tamaño de una célula para aplicaciones como la entrega de medicamentos dentro del cuerpo humano, así como otras aplicaciones, como la detección de fugas en tuberías de gas. Estas baterías de zinc-aire, más pequeñas que un grano de arena, podrían ayudar a estos minúsculos robots a percibir y responder a su entorno.
La nueva batería, que mide 0,1 milímetros de largo y 0,002 milímetros de grosor (aproximadamente el grosor de un cabello humano), puede capturar oxígeno del aire y usarlo para oxidar el zinc, creando una corriente de hasta 1 voltio. Esto es suficiente para alimentar un pequeño circuito, sensor o actuador, según han demostrado los investigadores.
«Creemos que esto será muy habilitador para la robótica«, dice Michael Strano, profesor de ingeniería química en el MIT y autor principal del estudio. «Estamos construyendo funciones robóticas sobre la batería y comenzando a ensamblar estos componentes en dispositivos.«
Baterías como fuente de energía autónoma
Durante varios años, el laboratorio de Strano ha estado trabajando en robots diminutos que pueden percibir y responder a estímulos en su entorno. Uno de los mayores desafíos en el desarrollo de estos pequeños robots es garantizar que tengan suficiente energía.
Aunque otros investigadores han demostrado que pueden alimentar dispositivos a microescala usando energía solar, este enfoque tiene la limitación de que los robots deben tener un láser u otra fuente de luz apuntando hacia ellos en todo momento. Estos dispositivos son conocidos como «marionetas» porque están controlados por una fuente de energía externa. Incorporar una fuente de energía, como una batería, en estos diminutos dispositivos podría liberarlos para moverse mucho más lejos.
«Los sistemas marioneta realmente no necesitan una batería porque obtienen toda la energía que necesitan del exterior«, explica Strano. «Pero si deseas que un pequeño robot pueda acceder a espacios que de otra manera no podrías, necesita un mayor nivel de autonomía. Una batería es esencial para algo que no va a estar conectado al mundo exterior.«
Para crear robots que puedan ser más autónomos, el laboratorio de Strano decidió usar un tipo de batería conocida como batería de zinc-aire. Estas baterías, que tienen una vida útil más larga que muchas otras debido a su alta densidad energética, se utilizan con frecuencia en audífonos.
La batería diseñada consiste en un electrodo de zinc conectado a un electrodo de platino, incrustados en una tira de un polímero llamado SU-8, que se usa comúnmente en microelectrónica. Cuando estos electrodos interactúan con moléculas de oxígeno del aire, el zinc se oxida y libera electrones que fluyen hacia el electrodo de platino, creando una corriente.
Aplicaciones y avances futuros
En este estudio, los investigadores demostraron que esta batería podría proporcionar suficiente energía para alimentar un actuador —en este caso, un brazo robótico que puede levantarse y bajarse—. La batería también podría alimentar un memristor, un componente eléctrico que puede almacenar recuerdos de eventos al cambiar su resistencia eléctrica, y un circuito de reloj, que permite a los dispositivos robóticos llevar un seguimiento del tiempo.
Además, la batería proporciona suficiente energía para hacer funcionar dos tipos diferentes de sensores que cambian su resistencia eléctrica cuando encuentran ciertos productos químicos en el entorno. Uno de los sensores está hecho de disulfuro de molibdeno atómicamente fino y el otro de nanotubos de carbono.
«Estamos creando los bloques de construcción básicos para desarrollar funciones a nivel celular«, dice Strano.
Enjambres robóticos y biocompatibilidad
En este estudio, los investigadores usaron un cable para conectar su batería a un dispositivo externo, pero en futuros trabajos planean construir robots en los que la batería esté incorporada en el dispositivo.
«Esto va a formar el núcleo de muchos de nuestros esfuerzos robóticos«, afirma Strano. «Puedes construir un robot alrededor de una fuente de energía, como puedes construir un coche eléctrico alrededor de la batería.«
Uno de esos esfuerzos gira en torno al diseño de pequeños robots que podrían ser inyectados en el cuerpo humano, donde podrían buscar un sitio objetivo y luego liberar un medicamento como la insulina. Para su uso en el cuerpo humano, los investigadores imaginan que los dispositivos estarían hechos de materiales biocompatibles que se descompondrían una vez que ya no fueran necesarios.
Los investigadores también están trabajando en aumentar el voltaje de la batería, lo que podría permitir aplicaciones adicionales.
Implicaciones ecológicas y sostenibles
El desarrollo de estas baterías minúsculas no solo tiene implicaciones médicas y tecnológicas, sino que también podría contribuir a la sostenibilidad en diversos campos. La posibilidad de crear robots autónomos a microescala que pueden operar sin una fuente de energía externa podría reducir significativamente el consumo de recursos en aplicaciones industriales, como la detección y reparación de fugas en tuberías de gas, minimizando así el impacto ambiental.
Además, el uso de materiales como el zinc, que es abundante y menos tóxico en comparación con otros metales utilizados en baterías, refuerza el potencial ecológico de esta innovación. La investigación en este campo no solo apunta a la miniaturización y autonomía, sino también a la creación de soluciones energéticas que sean sostenibles y tengan un menor impacto ambiental.
Esta tecnología, aunque en sus etapas iniciales, podría abrir nuevas vías para el desarrollo de energías renovables y sistemas de almacenamiento energético que sean más eficientes y menos dependientes de recursos no renovables. A medida que los investigadores avancen en la mejora de la capacidad y durabilidad de estas baterías, su aplicación en campos como la medicina, la robótica y la industria podría transformar la manera en que gestionamos la energía a escala microscópica.
Vía mit.edu
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