Bir kum tanesinden daha büyük olmayan bu çinko-hava piller, hücre boyutunda robotlar için çevre algılama ile bu çevreye uyum sağlama yetenekleri kazandırıyor.
MIT mühendisleri tarafından geliştirilen küçük bir pil, insan vücudunda ilaç dağıtımı için hücre boyutunda, otonom robotların konuşlandırılmasının yanı sıra gaz boru hatlarındaki sızıntıları tespit etmek gibi diğer kullanımları da mümkün kılabilir. Uzunluğu 0.1 milimetre ve kalınlığı 0.002 milimetre (yaklaşık bir insan saçı kalınlığında) olan yeni pil, havadaki oksijeni emerek çinkoyu oksitlemek için kullanabiliyor ve 1 volta kadar potansiyel farka sahip bir akım üretebiliyor. Araştırmacılar bunun küçük bir devre, sensör veya aktüatör için yeterli güçte olduğunu gösterdiler.
Makalenin kıdemli yazarı ve MIT’de Carbon P. Dubbs Kimya Mühendisliği Profesörü olan Michael Strano, “Bunun robotik için çok elverişli olacağını düşünüyoruz” diye belirtiyor. “Güç kaynağı üzerine robotik işlevler inşa ediyoruz ve bu bileşenleri bir araya getirerek cihazlara yerleştirmeye başlıyoruz.” Ge Zhang PhD ’22 ve MIT yüksek lisans öğrencisi Sungyun Yang, Science Robotics dergisinde yayınlanan araştırmanın başlıca yazarları olarak kendilerine yer buluyorlar.
Bataryalar Aracılığıyla Güç Sağlanması
Strano’nun laboratuvarı, çevrelerindeki olayları algılayabilen ve bunlara yanıt verebilen hücre boyutunda robotlar geliştirmek için birkaç yıldır çalışmalarını sürdürmekte. Bu tür küçük robotların yapımındaki en zor konulardan biri ise yeterli güce sahip olmalarını sağlamak.
Diğer araştırmacılar mikro ölçekli cihazlara güç sağlamak için güneş enerjisinin kullanılabileceğini göstermişti, ancak bu strateji robotların her zaman kendilerine doğrultulmuş bir lazer veya başka bir ışık kaynağına sahip olmasını gerektirme sorununa sahip. Bu aygıtlar harici bir kaynaktan güç aldıkları için “kukla” olarak adlandırılırlar. Bu küçük cihazların içine batarya gibi bir güç kaynağı yerleştirmekle birlikte çok daha fazla yol kat edilmesinin sağlanacağı öngörülüyor.
Strano’ya göre “Kukla sistemleri gerçekten bir bataryaya ihtiyaç duymuyor çünkü ihtiyaç duydukları tüm enerjiyi dışarıdan alıyorlar. Ancak küçük bir robotun başka türlü erişilemeyecek alanlara girebilmesini istiyorsanız, daha yüksek düzeyde bir otonomiye sahip olması gerekir. Dış dünyaya bağlı olmayacak bir sistem için en azından bir batarya gerekli.”
Strano’nun laboratuvarı, robotları daha otonom hale getirmek için bir çinko-hava pili kullanmayı seçiyor. Yüksek enerji yoğunlukları nedeniyle bu piller diğer birçok pil türünden daha uzun ömürlü ve genellikle işitme cihazlarında kullanılıyor. Geliştirdikleri pil mikroelektronikte yaygın olarak kullanılan SU-8 polimer şeridine gömülü bir platin elektroda bağlı bir çinko elektrottan oluşuyor. Bu elektrotlar havadaki oksijen molekülleriyle etkileşime girdiğinde, çinko oksitleniyor ve platin elektroda giden elektronları serbest bırakarak bir akım oluşturuyor.
Bu çalışmada araştırmacılar oluşturdukları pilin bir aktüatöre, yani kaldırılıp indirilebilen robotik bir kola güç sağlamak için yeterli enerji sağlayabileceğini gösterdiler. Batarya aynı zamanda olayların hafızasını tutmak için elektrik direncini değiştiren bir memristöre ve robotik sistemlerin zamanı takip etmesini sağlayan bir saat devresine de güç sağlayabilir.
Batarya ayrıca her biri ortamdaki maddelere maruz kaldığında elektrik direncini değiştiren iki ayrı sensör türüne güç sağlamak için yeterli güç sağlamakta. Sensörlerden biri atomik incelikte molibden disülfürden, diğeri ise karbon nanotüplerden oluşuyor. Strano ise şöyle dile getiriyor; “Hücresel düzeyde işlevler oluşturmak için temel yapı taşlarını oluşturuyoruz”.
Hücre Boyutunda Robot Sürüleri
Bu araştırmada bilim insanları bataryalarını harici bir cihaza bağlamak için bir kablo kullanıyorlar; ancak gelecekte bataryası entegre edilmiş robotlar geliştirmeyi planlamaktalar. “Bu, robotik çabalarımızın çoğunun özünü oluşturacak. Bir enerji kaynağı etrafında bir robot inşa edebilirsiniz, tıpkı batarya etrafında bir elektrikli araba inşa edebileceğiniz gibi.” diye ifadelerine devam ediyor Strano.
Bu çabalardan biri insan vücuduna yerleştirilebilecek ve insülin gibi bir ilacı salmadan önce belirli bir yeri arayabilecek küçük robotlar geliştirmek üzerine. Araştırmacılar insan vücudunda kullanılan cihazların, artık ihtiyaç duyulmadığında parçalanacak biyouyumlu malzemelerden yapılabileceğini varsayıyorlar.
Araştırmacılar ayrıca yeni uygulamalara olanak sağlayabilecek bataryanın voltajını yükseltmek için de çalışma içerisindeler. Ordu Araştırma Ofisi, Enerji Bakanlığı, Ulusal Bilim Vakfı ve MathWorks Mühendislik Bursu çalışmanın finansmanına katkıda bulunan firmalar ve kuruluşlar arasında.
Kuantum Hesaplamayla İlişkili Bu Yazılarımıza da Göz Atabilirsiniz;
Haberin kaynağı: news.mit.edu/2024/mit-engineers-design-tiny-batteries-powering-cell-sized-robots-0815
Derleyen: Erdem Gözay
