麻省理工学院的工程师设计出微型电池

麻省理工学院（MIT）工程师设计的一款微型电池，可助力部署细胞大小、自主运行的机器人，在人体内部进行药物输送，同时也可用于其他应用，如定位天然气管道泄漏等。

这款新电池长0.1毫米，厚0.002毫米——大约相当于一根人类头发的厚度——能够从空气中捕获氧气并利用它氧化锌，从而产生高达1伏特的电流。研究人员表明，这足以为小型电路、传感器或执行器供电。

“我们认为这将为机器人技术带来巨大助力，”麻省理工学院化学工程系碳P.杜布斯教授迈克尔·斯特拉诺（Michael Strano）表示，他也是该研究的主要作者。“我们正在将机器人功能集成到电池上，并开始将这些组件组合成设备。”

研究生张格（Ge Zhang）博士和孙允阳（Sungyun Yang）是这篇发表在《科学·机器人学》（Science Robotics）期刊上的论文的主要作者。

电池供电

多年来，斯特拉诺的实验室一直在研究能够感知并响应环境刺激的微型机器人。开发此类微型机器人的主要挑战之一是确保它们拥有足够的电力。

其他研究人员已经证明，他们可以使用太阳能为微型设备供电，但这种方法的局限性在于，机器人必须始终有激光或其他光源照射。此类设备被称为“木偶机器人”，因为它们由外部电源控制。在这些微型设备内部安装电源（如电池）可以使其自由移动至更远的距离。

“木偶机器人系统其实不需要电池，因为它们从外部获取所有所需的能量，”斯特拉诺说。“但如果你想让小型机器人进入你无法以其他方式进入的空间，它就需要更高程度的自主性。对于不依赖外部世界的设备而言，电池至关重要。”

为了制造更加自主的机器人，斯特拉诺的实验室决定使用一种称为锌空气电池的电池。由于高能量密度，这种电池的寿命比其他许多类型的电池更长，因此经常用于助听器。

他们设计的电池由连接到铂电极的锌电极组成，嵌入到一种名为SU-8的聚合物条带中，该聚合物条带常用于微电子领域。当这些电极与空气中的氧分子相互作用时，锌会被氧化并释放电子，电子流向铂电极，从而产生电流。

在这项研究中，研究人员表明，这款电池可以提供足够的能量来驱动执行器——在这种情况下，是一个可以升降的机器人手臂。该电池还可以为忆阻器供电，忆阻器是一种通过改变其电阻来存储事件记忆的电气元件，以及时钟电路，允许机器人设备跟踪时间。

该电池还提供足够的电力来运行两种不同类型的传感器，这些传感器在遇到环境中的化学物质时会改变其电阻。其中一个传感器由原子级薄的二硫化钼制成，另一个由碳纳米管制成。

“我们正在制作基本构建块，以便在细胞层面构建功能，”斯特拉诺说。

机器人集群

在这项研究中，研究人员使用电线将电池连接到外部设备，但在未来的工作中，他们计划制造电池内置于设备中的机器人。

“这将成为我们许多机器人研究工作的核心，”斯特拉诺说。“你可以围绕能源构建一个机器人，就像你可以围绕电池构建电动汽车一样。”

这些努力之一围绕设计可注入人体的微型机器人，它们能够在人体内寻找目标位置并释放药物，如胰岛素。研究人员设想，这些设备将由生物相容性材料制成，一旦不再需要就会自动分解。

研究人员还在努力提高电池的电压，这可能使其应用于更多领域。

该研究获得了美国陆军研究办公室、美国能源部、美国国家科学基金会和MathWorks工程奖学金的资助。

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