في إنجاز علمي جديد، قام مهندسو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بتطوير بطاريات صغيرة للغاية، ما قد يمنح الروبوتات المجهرية القدرة على العمل بشكل مستقل، مما يسهم في حل العديد من التحديات التي تواجه هذا النوع من الروبوتات.

تعمل هذه البطاريات التي تعتمد على تفاعل الهواء والزنك، على توفير الطاقة اللازمة للروبوتات الدقيقة، مما يجعلها مناسبة لمجموعة متنوعة من التطبيقات، مثل توصيل الأدوية في الجسم أو الكشف عن تسرب الغاز. وقد تم نشر الدراسة في مجلة “ساينس روبوتكس”.

تتميز البطاريات بحجمها الصغير جداً، حيث يبلغ طولها 0.1 مليمتر وسُمكها 0.002 مليمتر، أي أنها لا تتجاوز سُمك شعرة الإنسان. وتنتج هذه البطاريات تيارًا يصل إلى فولت واحد نتيجة تفاعل الأكسجين مع الزنك، وهو ما يكفي لتشغيل دوائر صغيرة أو مستشعرات أو محركات دقيقة.

قال مايكل سترانو، أستاذ الهندسة الكيميائية في المعهد والمعد الرئيسي للدراسة، في تصريحات للجزيرة نت: “نعتقد أن بحثنا سيوفر فرصًا كبيرة في مجال الروبوتات، إذ نبني وظائف روبوتية على هذه البطارية وبدأنا في دمج هذه المكونات في أجهزة كاملة”.

تحدي الطاقة

على مدى السنوات الأخيرة، عملت مختبرات سترانو على تطوير روبوتات دقيقة تستطيع استشعار وتفاعل مع محيطها. ومع ذلك، كان التحدي الرئيسي هو توفير مصدر طاقة كافٍ لتشغيل هذه الروبوتات الصغيرة. بعض الباحثين لجأوا إلى الطاقة الشمسية، لكن ذلك يجعل من الروبوتات مجرد “دمى متحركة” تفتقر إلى الاستقلالية.

لتخطي هذه العقبة، أوضح سترانو أن الأنظمة التي تعتمد على الطاقة الخارجية لا تحتاج إلى بطارية، ولذلك فإن الحل هو في خلق درجة أعلى من الاستقلالية. وقد اختار الفريق استخدام بطارية الزنك الهوائية، المعروفة بكثافتها الطاقية العالية، والتي تستخدم عادة في أجهزة السمع.

وقد صُممت هذه البطارية لتحتوي على قطب زنك متصل بقطب بلاتيني، مدمجين في شريط من البوليمر المستخدم في الإلكترونيات الدقيقة. عند تفاعل الأقطاب مع الأكسجين، يتأكسد الزنك وينتج تيارًا كهربائيًا عن طريق تدفق الإلكترونات.

الروبوتات المجهرية ذاتية الحركة

استطاع الباحثون تشغيل ذراع روبوتية صغيرة باستخدام البطارية، مما يسمح لها بالرفع والخفض، بالإضافة إلى تشغيل مكون إلكتروني يُعرف باسم “ميمريستور” الذي يعد عنصر تخزين للتعليمات باستخدام تغير في المقاومة الكهربائية.

رغم أن الفريق استخدم سلكًا لتوصيل البطارية بجهاز خارجي، إلا أن الخطوة التالية ستكون دمج البطارية ضمن الروبوتات الصغيرة لتلك تعمل بشكل مستقل. وصرح سترانو: “ستكون هذه البطارية نقطة تحول لجهودنا في مجال الروبوتات، إذ سنتمكن من بناء الروبوت بناءً على مصدر الطاقة كما هو الحال في بناء سيارة كهربائية”.

من التطبيقات الممكنة لهذه الروبوتات هو إدخالها في الجسم البشري لتوصيل أدوية مثل الإنسولين. لضمان سلامتها، يمكن تصنيع الأجهزة المستخدمة من مواد حيوية قابلة للتحلل بعد انتهاء المهمة.

يعمل الفريق على زيادة الجهد الكهربائي للبطارية، مما قد يفتح المجال لمزيد من التطبيقات المتقدمة. وبحسب الدراسة، سيساهم تحسين كفاءة البطارية في تطوير مستشعرات دقيقة تتفاعل مع المواد الكيميائية المحيطة أو تشغيل مكونات إلكترونية مركّبة.

يعتقد الباحثون أن هذه البطارية الصغيرة يمكن أن تكون الأساس لإنشاء أنظمة روبوتية دقيقة جديدة. بحجمها الصغير وكثافتها الطاقية العالية، يمكن فتح آفاق جديدة لاستخدامات متعددة في مجالات الطب والصناعة والاستكشاف العلمي.