Engenheiros projetam pequenas baterias para alimentar robôs do tamanho de células

Uma pequena bateria projetada por engenheiros do MIT pode permitir a implantação de robôs autônomos do tamanho de uma célula para administração de medicamentos no corpo humano, além de outras aplicações, como localização de vazamentos em gasodutos.

A nova bateria, que tem 0,1 milímetro de comprimento e 0,002 milímetros de espessura — aproximadamente a espessura de um fio de cabelo humano — pode capturar oxigênio do ar e usá-lo para oxidar zinco, criando uma corrente de até 1 volt. Isso é o suficiente para alimentar um pequeno circuito, sensor ou atuador, mostraram os pesquisadores.

“Achamos que isso será muito facilitador para a robótica”, diz Michael Strano, o Professor Carbon P. Dubbs de Engenharia Química no MIT e autor sênior do estudo. “Estamos construindo funções robóticas na bateria e começando a juntar esses componentes em dispositivos.”

Ge Zhang, Ph.D. e Sungyun Yang, um estudante de pós-graduação do MIT, são os principais autores do artigo, que aparece em Ciência Robótica.

Alimentado por baterias

Por vários anos, o laboratório de Strano tem trabalhado em pequenos robôs que podem sentir e responder a estímulos em seu ambiente. Um dos maiores desafios no desenvolvimento de robôs tão pequenos é garantir que eles tenham potência suficiente.

Outros pesquisadores mostraram que podem alimentar dispositivos em microescala usando energia solar, mas a limitação dessa abordagem é que os robôs devem ter um laser ou outra fonte de luz apontada para eles o tempo todo. Esses dispositivos são conhecidos como “marionetes” porque são controlados por uma fonte de energia externa. Colocar uma fonte de energia, como uma bateria, dentro desses pequenos dispositivos poderia liberá-los para vagar muito mais longe.

“Os sistemas de marionetes não precisam realmente de uma bateria porque eles estão obtendo toda a energia que precisam de fora”, diz Strano. “Mas se você quer que um pequeno robô consiga entrar em espaços que você não conseguiria acessar de outra forma, ele precisa ter um nível maior de autonomia. Uma bateria é essencial para algo que não vai ficar preso ao mundo exterior.”

Para criar robôs que pudessem se tornar mais autônomos, o laboratório de Strano decidiu usar um tipo de bateria conhecida como bateria de zinco-ar. Essas baterias, que têm uma vida útil mais longa do que muitos outros tipos de baterias devido à sua alta densidade de energia, são frequentemente usadas em aparelhos auditivos.

A bateria que eles projetaram consiste em um eletrodo de zinco conectado a um eletrodo de platina, embutido em uma tira de um polímero chamado SU-8, que é comumente usado para microeletrônica. Quando esses eletrodos interagem com moléculas de oxigênio do ar, o zinco se oxida e libera elétrons que fluem para o eletrodo de platina, criando uma corrente.

Neste estudo, os pesquisadores mostraram que esta bateria poderia fornecer energia suficiente para alimentar um atuador — neste caso, um braço robótico que pode ser levantado e abaixado. A bateria também poderia alimentar um memristor, um componente elétrico que pode armazenar memórias de eventos alterando sua resistência elétrica, e um circuito de relógio, que permite que dispositivos robóticos controlem o tempo.

A bateria também fornece energia suficiente para operar dois tipos diferentes de sensores que mudam sua resistência elétrica quando encontram produtos químicos no ambiente. Um dos sensores é feito de dissulfeto de molibdênio atomicamente fino e o outro de nanotubos de carbono.

“Estamos criando os blocos de construção básicos para desenvolver funções no nível celular”, diz Strano.

Enxames robóticos

Neste estudo, os pesquisadores usaram um fio para conectar a bateria a um dispositivo externo, mas em trabalhos futuros eles planejam construir robôs nos quais a bateria seja incorporada a um dispositivo.

“Isso vai formar o núcleo de muitos dos nossos esforços robóticos”, diz Strano. “Você pode construir um robô em torno de uma fonte de energia, mais ou menos como você pode construir um carro elétrico em torno da bateria.”

Um desses esforços gira em torno do design de pequenos robôs que poderiam ser injetados no corpo humano, onde poderiam procurar um local alvo e então liberar uma droga como a insulina. Para uso no corpo humano, os pesquisadores imaginam que os dispositivos seriam feitos de materiais biocompatíveis que se quebrariam quando não fossem mais necessários.

Os pesquisadores também estão trabalhando para aumentar a voltagem da bateria, o que pode permitir aplicações adicionais.

Esta história foi republicada como cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisa, inovação e ensino do MIT.