به گزارش ایران اکونومیست و به نقل از آی‌ای، باتری‌های جدیدی که توسط دانشمندان دانشگاه ایلینوی اوربانا-چمپین(Illinois Urbana-Champaign) ابداع شده است، یک مشکل طولانی مدت در مورد فناوری ربات‌هایی به اندازه حشرات را حل می‌کند که تاکنون هیچ طراحی باتری دیگری موفق به آن نشده است.
ریزباتری‌ها یا میکروباتری‌ها پتانسیلی باورنکردنی برای تامین انرژی دستگاه‌های کوچک، میکروربات‌ها و دستگاه‌های پزشکی قابل کاشت دارند. با این حال، تا همین اواخر آنها چندان کارآمد نبوده‌اند، زیرا تامین مناسب انرژی آنها ممکن نبود.
اکنون بر اساس بیانیه مطبوعاتی پژوهشگران دانشگاه ایلینوی اوربانا-چمپین، یک میکروباتری ولتاژ بالا ساخته شده است که با طراحی باتری‌های موجود کاملا متفاوت است.
آزاد کردن پتانسیل دستگاه‌های کوچکتر
پروفسور پاول براون، مدیر آزمایشگاه تحقیقات مواد و استاد علوم و مهندسی مواد این دانشگاه توضیح می‌دهد: ما برای آزاد کردن پتانسیل کامل دستگاه‌های ریزمقیاس، با بهبود معماری الکترود و ارائه طرح‌های نوآورانه برای باتری، به باتری‌های کوچک قدرتمندی نیاز داریم.
یکی از مشکلاتی که پژوهشگران باید بر آن غلبه می‌کردند، این بود که با کوچکتر شدن باتری‌ها، بسته‌بندی آنها بر حجم و جرم باتری غالب می‌شود، در حالی که ناحیه الکترود کوچکتر می‌شود و در نتیجه انرژی و قدرت کاهش می‌یابد.
پژوهشگران برای غلبه بر این مشکل، بسته‌بندی جدیدی را توسعه دادند که از جمع کننده‌ها یا کلکتورهای جریان ترمینال مثبت و منفی به عنوان بخشی از خود بسته‌بندی استفاده می‌کند. نتیجه این کار، میکروباتری‌های کوچکی شد که هنوز ولتاژ کاری بالایی تولید می‌کنند.
آرگیا پاترا از اعضای گروه پژوهش می‌گوید: تا به امروز، معماری‌های الکترود و طرح‌های سلولی در مقیاس میکرو-نانو به طرح‌های متراکم توان محدود شده‌اند که به قیمت کاهش چگالی انرژی حجمی بوده است. کار پژوهشگران برای ایجاد یک منبع انرژی در مقیاس کوچک که هم چگالی توان بالا و هم چگالی انرژی حجمی را نشان دهد، موفق بوده است.
توسعه باتری‌های جدید
پژوهشگران خاطرنشان می‌کنند که این توسعه بخش‌ها و صنایع بسیاری را گردهم می‌آورد.
دکتر سانگبونگ کیم نویسنده ارشد این پژوهش می‌گوید: کار ما شکاف دانش را در تقاطع شیمی مواد، الزامات منحصر به فرد تولید مواد برای پیکربندی میکروباتری‌های مسطح با انرژی متراکم و نانو میکروالکترونیک کاربردی که به یک منبع برق با ولتاژ بالا و به حرکت درآوردن ریز محرک‌ها و میکروموتورها نیاز دارد، پر می‌کند.
از نظر کاربردها، یکی از موارد مهم این باتری‌ها می‌تواند نیرو دادن به میکروربات‌های به اندازه حشرات برای به دست آوردن اطلاعات ارزشمند از بلایای طبیعی، مأموریت‌های جستجو و نجات و محیط‌های خطرناکی باشد که دسترسی مستقیم انسان به آنها غیرممکن است.
جیمز پیکول از گروه مهندسی مکانیک و مکانیک کاربردی دانشگاه پنسیلوانیا و یکی از نویسندگان این پژوهش خاطرنشان کرد که ولتاژ بالا برای کاهش بار الکترونیکی که یک میکروربات باید حمل کند، مهم است.
وی افزود: این بدان معناست که این باتری‌ها پیشرفت‌هایی را در سطح فراتر از افزایش چگالی انرژی خود ممکن می‌سازند تا ربات‌های کوچک بتوانند به نقاط دورتری سفر کنند یا اطلاعات مهم‌تری را برای اپراتورهای انسانی ارسال کنند.
باتری‌هایی به کوچکی گرد و غبار
پژوهشگران برای مدت طولانی روی میکروباتری‌ها کار کرده‌اند و اکنون با تولید باتری‌هایی کوچک که به‌عنوان «گرد و غبار هوشمند» نام برده می‌شوند، به موفقیت دست یافته‌اند.
در ماه اوت سال ۲۰۲۲، گروهی از پژوهشگران در دانشگاه صنعتی کمنیتس آلمان، میکروباتری‌هایی به اندازه دانه‌های برنج ساختند. آنها ادعا کردند که اختراع آنها می‌تواند در آینده برای تقویت برنامه‌های کاربردی پیشرفته IoT(اینترنت اشیا) مانند ریزحسگرهای هوشمند و دستگاه‌های محاسباتی در مقیاس میلی‌متری استفاده شود.
این گرد و غبارهای هوشمند شامل دستگاه‌هایی در مقیاس میکرو و نانو است که در همه جا از جمله شهرها، کارخانه‌ها و جنگل‌ها توزیع می‌شوند و از آنها برای نظارت بر تغییرات مختلف در اطراف ما به صورت زنده و در لحظه استفاده می‌شود.
