MIT 연구팀이 모래 알보다 작은 소형 아연공기 배터리를 개발했다고 MIT 뉴스가 보도했다. 이 배터리는 향후 세포(cell) 크기의 소형 로봇에 전원을 공급하고, 주변 환경을 센싱 및 반응하는 데 활용할 수 있을 전망이다.

이 소형 배터리를 활용하면, 인체 내에서 약물을 전달할 수 있는 세포 크기의 자율로봇을 배치할 수 있으며, 가스 파이프라인의 가스 누출 위치를 찾는 데도 활용할 수 있다는 설명이다.

길이 0.1mm, 두께 0.002mm(약 사람 머리카락 굵기)의 이 새로운 배터리는 공기에서 산소를 포집하여 아연을 산화시키는 데 사용하며, 최대 1볼트의 전류를 생성할 수 있다. 연구팀은 이 배터리가 소형 회로, 센서 또는 액추에이터에 전원을 공급하기에 충분하다고 밝혔다.

연구팀은 이번 연구 성과를 학술 전문지인 ’사이언스 로보틱스‘에 발표했다.(논문 제목:High energy density picoliter-scale zinc-air microbatteries for colloidal robotics)

연구 논문 수석 저자인 마이클 스트라노(Michael Strano) 교수는 "우리는 배터리에 로봇 기능을 구축하고, 이러한 구성 요소를 장치에 통합하기 시작했다"고 말했다.

마이클 스트라노 교수팀은 수년동안 주변 환경의 자극을 감지하고 반응할 수 있는 소형 로봇을 개발해 왔다. 이러한 소형 로봇을 개발하는 데 중요한 과제 중 하나는 로봇이 충분한 힘을 갖도록 하는 것이다.

일부 연구자들은 태양열을 활용해 마이크로스케일 장치에 전력을 공급할 수 있다고 밝혔다. 하지만, 이러한 접근 방식의 한계는 로봇이 항상 레이저나 다른 광원쪽을 향해 있어야 한다는 것이다. 이러한 장치는 외부 전원으로 제어되기 때문에 흔히 ’마리오네트‘라고 불린다. 연구팀은 이 소형 장치 안에 배터리와 같은 전원을 넣으면 로봇이 훨씬 더 멀리 돌아다닐 수 있을 것으로 봤다.

마이클 스트라노 교수는 "마리오네트 시스템은 외부에서 필요한 모든 에너지를 공급받기 때문에 배터리를 필요로 하지 않는다. 하지만 소형 로봇이 접근할 수 없는 공간에 들어가기를 원한다면, 더 높은 수준의 자율성을 가져야 하며, 외부와 연결되지 않기 위해선 배터리가 필수적이다"고 말했다.

스트라노 교수팀은 보다 자율적인 로봇을 만들기 위해 아연 공기 배터리를 활용했다. 이 배터리는 에너지 밀도가 높기 때문에 다른 많은 유형의 배터리보다 수명이 길다. 아연공기 배터리는 보청기에 자주 사용된다.

이들이 설계한 배터리는 백금 전극과, 이에 연결된 아연 전극으로 구성되어 있다. 마이크로 전자장치에 일반적으로 사용되는 ’SU-8‘이라는 폴리머 스트립에 내장되어 있다. 이 전극이 공기 중의 산소 분자와 만나면 아연이 산화되고, 백금 전극으로 흐르는 전자를 방출해 전류를 생성한다.

연구팀은 이 배터리가 액추에이터(상하로 움직일 수 있는 로봇 팔)에 전력을 공급하는 데 충분한 에너지를 공급할 수 있다는 점을 보여주었다. 이 배터리는 전기 저항을 변경하여 사건의 이벤트를 저장할 수 있는 전기 부품인 멤리스터(memristor)와 로봇 장치가 시간을 추적할 수 있는 시계 회로에도 전력을 공급할 수 있다.

이 배터리는 또한 화학 물질을 만나면 전기 저항이 변하는 두 가지 유형의 센서를 실행할 수 있는 충분한 전력을 제공한다. 두가지 유형의 센서는 원자적으로 얇은 이황화몰리브덴과 탄소 나노튜브로 만들어졌다.

이번 연구에서 연구팀은 전선을 사용해 배터리를 외부 장치에 연결했다. 하지만, 향후 연구에서는 배터리를 통합한 로봇을 제작할 계획이다. 연구팀은 "배터리 주변에 전기 자동차를 만들 수 있는 것처럼 에너지원 주변에 로봇을 만들 수 있다"고 말했다.

연구팀은 인체에 주입해 표적 부위를 찾아 인슐린과 같은 약물을 방출할 수 있는 소형 로봇을 설계하는 것도 가능할 것으로 보고 있다. 인체에 사용하기 위해선 분해되는 생체 적합성 물질로 만들어져야한다. 연구팀은 또한 배터리의 전압을 높이기 위해 노력하고 있다. 이를 통해 추가 애플리케이션을 구현할 수 있다고 보고 있다.