Inžinieri z MIT vyvinuli zinkovo-vzduchovú batériu, ktorá poskytne miniatúrnym robotickým zariadeniam väčšiu autonómiu.
Ilustračný obrázok. Zdroj: iStockphoto.com
Miniatúrna batéria navrhnutá inžiniermi z Massachusettského technologického inštitútu (MIT) by mohla umožniť nasadenie autonómnych robotov.
Tieto miniatúrne roboty, ktoré nie sú väčšie ako bunka, by našli uplatnenie v medicíne aj priemysle. Majú slúžiť na dopravovanie liekov v ľudskom tele či na monitorovanie podmienok vnútri ropovodov alebo plynovodov, napríklad na lokalizáciu únikov.
Batéria s dĺžkou 0,1 milimetra a hrúbkou 0,002 milimetra je široká asi ako ľudský vlas. Dokáže zachytiť kyslík a použiť ho na oxidáciu zinku, čím vygeneruje prúd s napätím až 1 volt. To stačí na napájanie malého obvodu, senzora alebo aktuátora.
Podľa Michaela Strana, profesora chemického inžinierstva na MIT a hlavného autora štúdie, bude batéria veľkým prínosom pre oblasť robotiky. „Do batérie zabudujeme robotické funkcie a jednotlivé komponenty začneme spájať do zariadení.“
O novej miniatúrnej batérii, ktorú opísali Michael Strano a jeho tím v štúdii, uverejnenej v Science Robotics, informuje článok na stránke MIT News.
Pozrite si
Batérie pre väčšiu autonómiu
Na vývoji miniatúrnych robotov pracuje Michael Strano vo svojom laboratóriu už niekoľko rokov. Ide o robotické zariadenia, ktoré dokážu vnímať podnety okolitého prostredia a reagovať na ne, ukladať údaje a dokonca vykonávať výpočtové úlohy.
Jednou z hlavných výziev pri vývoji týchto miniatúrnych robotov je zabezpečiť, aby mali dostatok energie. Solárna energia predstavuje jeden zo zdrojov energie, ktorým sú napájané. Tento prístup má však svoje obmedzenia. Počas prevádzky robota musí byť naň po celý čas namierený laser alebo iný zdroj svetla.
Pre takéto zariadenia sa v robotike používa anglický termín marionetts, pretože sú závislé od externého zdroja energie. Ak by mali svoj vlastný zdroj energie, napríklad vo forme batérie, dokázali by sa pohybovať slobodnejšie.
„Spomínané systémy (marionetts) v skutočnosti nepotrebujú batériu, pretože všetku potrebnú energiu získavajú zvonku,“ uviedol Strano pre MIT News. „Ak však chcete, aby sa malý robot dostal aj tam, kam sa inak nedostanete, musí mať väčšiu úroveň autonómie.“ Zariadenie, ktoré má fungovať nezávisle od vonkajšieho sveta a má byť autonómne, potrebuje batériu.
Zinkovo-vzduchová batéria
Výskumníci sa pri vývoji miniatúrnej batérie rozhodli pre typ zinkovo-vzduchovej batérie (zinc-air battery). Tento typ batérií má väčšiu kapacitu, a teda aj dlhšiu výdrž. Často sa používa napríklad v načúvacích prístrojoch.
Vedcami vyvinutá batéria pozostáva zo zinkovej elektródy napojenej na platinovú elektródu, ktorá je vložená do pásu polyméru nazývaného SU-8, bežne používaného v mikroelektronike. Keď tieto elektródy reagujú s molekulami kyslíka, zinok oxiduje. Pritom uvoľňuje elektróny, ktoré prúdia na platinovú elektródu a vytvárajú prúd.
Pozrite si
Uplatnenie v praxi
Vo svojej štúdii výskumníci ukázali, že ich batéria dokáže poskytnúť dostatok energie na napájanie aktuátora – v tomto prípade robotického ramena, ktoré sa dá zdvíhať a spúšťať.
Batéria by mohla napájať aj memristor, elektrickú súčiastku, ktorá dokáže ukladať spomienky na udalosti zmenou svojho elektrického odporu, a obvod hodín, ktorý umožňuje robotickým zariadeniam sledovať čas.
Aktuátor je mechanické alebo elektrické zariadenie, ktoré mení signál či energetický vstup na fyzický pohyb, činnosť alebo účinok. Jeho hlavným cieľom je premeniť riadiaci signál na fyzickú akciu alebo zmenu v určitom systéme.
Memristor (z angl. memory resistor = pamäťový rezistor) je pasívna elektronická dvojvývodová súčiastka s variabilným elektrickým odporom, ktorý závisí od predchádzajúceho napätia a prúdu.
Nová batéria tiež poskytuje dostatok energie na prevádzku dvoch rôznych typov senzorov, ktoré menia svoj elektrický odpor po kontakte s chemikáliami v prostredí. Jeden zo senzorov je vyrobený z atomárne tenkého disulfidu molybdénu a druhý z uhlíkových nanorúrok.
V rámci tejto štúdie výskumníci použili na pripojenie batérie k externému zariadeniu kábel, ale v budúcnosti plánujú vytvoriť roboty, v ktorých bude batéria zabudovaná do zariadenia.
Zdroj: MIT News
(zh)
