MIT phát triển dòng pin mỏng như sợi tóc

Các kỹ sư thuộc đại học MIT vừa giới thiệu một loại pin siêu nhỏ mang tính đột phá, có thể thay đổi cách triển khai các robot tự động có kích thước bằng một tế bào cho các ứng dụng như đưa thuốc vào trong cơ thể con người và phát hiện rò rỉ trong các đường ống dẫn khí.

Đây là một bước tiến lớn trong công nghệ robot, mở ra cơ hội phát triển các robot tự động có khả năng hoạt động mà không cần dựa vào nguồn năng lượng bên ngoài.

Pin này có kích thước vô cùng nhỏ, chỉ dài 0,1 mm và dày 0,002 mm, tương đương một sợi tóc của con người. Nó hoạt động bằng cách thu lấy oxy từ không khí để oxy hóa kẽm, tạo ra dòng điện lên đến 1 volt – đủ để cung cấp năng lượng cho các mạch điện nhỏ, cảm biến hoặc bộ truyền động.

“Chúng tôi tin rằng điều này sẽ mở ra nhiều tiềm năng mới cho lĩnh vực robot,” giáo sư Michael Strano, Giáo sư Kỹ thuật Hóa học Carbon P. Dubbs tại MIT và là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết. “Chúng tôi đang tích hợp các chức năng của robot lên pin và bắt đầu ghép nối các bộ phận này thành các thiết bị.”

Phòng thí nghiệm của Strano đã tập trung vào việc phát triển các robot siêu nhỏ có khả năng cảm nhận và phản ứng với các kích thích từ môi trường, vấn đề chính là đảm bảo các robot này có đủ năng lượng. Một trong những phương pháp của các nhà nghiên cứu là sử dụng năng lượng mặt trời để cung cấp năng lượng cho các thiết bị vi mô, tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi phải có một nguồn sáng liên tục, chẳng hạn như tia laser chiếu trực tiếp vào các robot, khiến chúng được ví như những “con rối” vì phụ thuộc vào nguồn năng lượng bên ngoài.

Ngược lại, tích hợp pin vào bên trong các thiết bị này sẽ cho phép chúng tự do di chuyển và trở nên linh hoạt hơn. “Các hệ thống như ‘con rối’ không thực sự cần pin vì chúng nạp tất cả năng lượng cần thiết từ bên ngoài,” Strano giải thích. ‘Nhưng nếu bạn muốn một robot nhỏ có thể tiếp cận vào những không gian chật hẹp đến nỗi mà bạn không thể vào được, thì nó cần có mức độ tự chủ cao hơn. Do đó, pin là yếu tố cần thiết cho những thiết bị không ràng buộc với bên ngoài.”

Để cải thiện khả năng độc lập của robot, nhóm nghiên cứu của Strano đã chọn pin kẽm-không khí, được biết đến với mật độ năng lượng cao và tuổi thọ dài, thường được sử dụng trong máy trợ thính. Thiết kế bao gồm một điện cực kẽm kết nối với một điện cực bạch kim, cả hai đều được nhúng vào một dải polymer gọi là SU-8, thường được sử dụng trong vi điện tử.

Tương tác với oxy dẫn đến quá trình oxy hóa kẽm, giải phóng các electron di chuyển đến điện cực bạch kim, tạo ra dòng điện.

Các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng pin có thể cung cấp năng lượng cho một bộ truyền động, chẳng hạn như cánh tay robot, cũng như điện trở bộ nhớ – thiết bị lưu trữ ký ức sự kiện bằng cách thay đổi điện trở và một mạch đồng hồ để theo dõi thời gian.

Ngoài ra, pin còn có thể vận hành hai loại cảm biến có khả năng thay đổi điện trở khi phát hiện hóa chất trong môi trường, một loại được làm từ disulfide molybdenum có độ mỏng cỡ nguyên tử và loại còn lại từ ống nano carbon.