Hoewel ze een vast onderdeel zijn van sciencefictionfilms en complottheorieën, hebben kleine vliegende microbots – verzwaard met batterijen en elektronica – in het echte leven moeite gehad om ver te komen. Maar een nieuwe combinatie van circuits en lichtgewicht solid-state batterijen, een zogenaamde “vliegende batterijen” -topologie , zou deze robots echt van de grond kunnen krijgen en microbots mogelijk urenlang van stroom kunnen voorzien met een systeem dat milligrammen weegt.
Microbots zouden een belangrijke technologie kunnen zijn om mensen te vinden die onder het puin begraven liggen of om vooruit te kijken in andere gevaarlijke situaties. Maar ze vormen een lastige technische uitdaging, zegt Patrick Mercier , hoogleraar elektrotechniek en computertechnologie aan de Universiteit van Californië in San Diego. Merciers student Zixiao Lin beschreef het nieuwe circuit vorige maand op de IEEE International Solid State Circuits Conference (ISSCC) . “Je hebt deze heel kleine robots en je wilt dat ze zo lang mogelijk in het veld meegaan”, zegt Mercier. “De beste manier om dat te doen is met lithium-ionbatterijen , omdat die de beste energiedichtheid hebben . Maar er is een fundamenteel probleem: de actuatoren hebben een veel hogere spanning nodig dan wat de batterij kan leveren.”
Een lithiumcel kan ongeveer 4 volt leveren, maar piëzo-elektrische actuatoren voor microbots hebben tientallen tot honderden volt nodig, legt Mercier uit. Onderzoekers, waaronder Merciers eigen groep, hebben schakelingen zoals boost converters ontwikkeld om de spanning op te voeren. Maar omdat ze relatief grote spoelen of een heleboel condensatoren nodig hebben , voegen deze te veel massa en volume toe, waardoor ze doorgaans ongeveer evenveel ruimte innemen als de batterij zelf.
Een nieuw type solid-state batterij, ontwikkeld in het Franse nationale elektronicalaboratorium CEA-Leti , bood een mogelijke oplossing. De batterijen bestaan uit een dunne filmstapel van materiaal, waaronder lithiumkobaltoxide en lithiumfosforoxynitride, gemaakt met behulp van halfgeleidertechnologie, en kunnen worden opgedeeld in minuscule cellen. Een cel van 0,33 kubieke millimeter en 0,8 milligram kan 20 microampère-uur aan lading opslaan, oftewel ongeveer 60 ampère-uur per liter. ( Lithium-ion oordopjesbatterijen leveren meer dan 100 Ah/L, maar zijn ongeveer 1000 keer zo groot.) Inject Power , een spin-off van CEA-Leti gebaseerd op de technologie, in Grenoble, Frankrijk , maakt zich op om eind 2026 met massaproductie te beginnen.
