O robô "comendo" a placa de alumínio para gerar a energia que ele usa para se movimentar.
[Imagem: Pikul Research Group/Penn]
Digestor de metal
Existem hoje basicamente duas técnicas para suprir os robôs com a energia que precisam para funcionar: baterias e coletores de energia, que podem ser painéis solares ou nanogeradores, pequenos aparelhos que transformam movimentos ambientais em eletricidade.O professor James Pikul, da Universidade da Pensilvânia, vê defeitos nas duas opções, apontando que as baterias costumam descarregar rapidamente, enquanto os coletores também têm suas deficiências: mesmo quando usados para recarregar as baterias, eles só podem operar sob determinadas condições - sol, vento, vibrações ambientais etc - e não conseguem transformar rapidamente a energia em potência disponível para o robô.
Por isso, ele e seus alunos desenvolveram uma técnica que permite que o robô "coma" metal para produzir eletricidade.
É uma espécie de "digestor" que usa um metal e o ar ambiente para gerar eletricidade. O funcionamento é similar ao de uma bateria, uma vez que ele fornece energia quebrando e formando repetidamente uma série de ligações químicas - é uma bateria que respira. Mas ele também tem seu lado coletor, na medida que a energia é coletada do ambiente: especificamente, das ligações químicas no metal e no ar ao redor.
Densidade de energia
O resultado é uma fonte de energia que possui 10 vezes mais densidade de energia que os melhores coletores de energia já fabricados e 13 vezes mais densidade de energia do que as baterias de íons de lítio.
A longo prazo, propõe Pikul, esse tipo de fonte de energia pode ser a base para um novo paradigma na robótica, no qual as máquinas se manterão energizadas ao procurar e "comer" metal, quebrando suas ligações químicas para obter energia, da mesma forma que os animais fazem com a comida.
No curto prazo, a equipe já está de olho em aplicações como a alimentação de lâmpadas em regiões remotas, onde a rede de distribuição de eletricidade não chega, e a alimentação de sensores para rastrear veículos, contêineres e outros produtos para evitar roubos.
É uma espécie de bateria ar-metal, com a diferença de que o metal não fica no dispositivo.
[Imagem: Pikul Research Group/Penn]
Bateria que come metal
Tal como uma bateria tradicional, o gerador "comedor de metal" começa com um catodo conectado ao aparelho a ser alimentado. Debaixo do catodo há uma placa de hidrogel, uma rede esponjosa de cadeias poliméricas que conduz elétrons entre a superfície do metal e o catodo através das moléculas de água do hidrogel. Com o hidrogel atuando como eletrólito, qualquer superfície metálica que ele toque funciona como anodo de uma bateria, permitindo que os elétrons fluam para o catodo e energizem o dispositivo conectado.Para as primeiras demonstrações, os pesquisadores conectaram um pequeno veículo motorizado ao coletor. Arrastando-o ou com o hidrogel fixado embaixo dele, o veículo oxidou uma superfície de alumínio por onde passava, deixando uma camada microscópica de ferrugem. O veículo conta com um pequeno reservatório que continuamente injeta água no hidrogel, para impedir que ele seque.
Os pesquisadores também testaram os veículos em zinco e aço inoxidável. Metais diferentes resultam em diferentes densidades de energia, dependendo do seu potencial de oxidação.
Essa reação de oxidação ocorre apenas até 100 micrômetros da superfície. Assim, embora o coletor possa usar todas as ligações prontamente disponíveis com repetidas viagens, há pouco risco de ele causar danos estruturais significativos ao metal, que não será inteiramente "comido".
Primeira bateria de lítio-oxigênio de estado sólido
Bibliografia
Artigo: Powering Electronics by Scavenging Energy from External MetalsAutores: Min Wang, Unnati Joshi, James Pikul
Revista: ACS Energy Letters
Vol.: 5, 3, 758-765
DOI: 10.1021/acsenergylett.9b02661
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