Máy tính ngày nay đã nhỏ gọn hơn nhiều so với những người tiền nhiệm của chúng, nhưng các nhà nghiên cứu muốn làm cho chúng nhỏ hơn nữa, đến mức nhỏ hơn một hạt gạo.
Tuy nhiên, một trong những thách thức chính với máy tính siêu nhỏ là tạo ra những viên pin có thể lắp vào chúng. Với kích thước rất nhỏ, các máy tính nhỏ nhất phải dựa vào sóng siêu âm hoặc ánh sáng để liên tục cung cấp năng lượng cho pin từ rung động hoặc ánh sáng mặt trời.
Những giải pháp này có những điểm yếu của chúng, vì chúng sẽ không hoạt động nếu không có nguồn điện liên tục hoặc ở những nơi tối tăm như trong cơ thể người, trong trường hợp đó chúng được sử dụng làm thiết bị y tế.
Do đó, các nhà khoa học ở châu Âu đang nghiên cứu cấu trúc pin ‘siêu nhỏ’, dựa trên các lớp gấp của các thành phần cực mỏng. Hiện tại, nó mới chỉ là một mẫu thử nghiệm, nhưng những kết quả ban đầu rất đáng khích lệ.
Giáo sư Oliver G. Schmidt (phải) cầm một con chip được trang bị pin siêu nhỏ, cùng với thành viên nhóm nghiên cứu, Tiến sĩ Minshen Zhu
Pin máy tính thông thường hoạt động theo ‘phương pháp hóa học ướt’, trong đó các lá kim loại dẫn điện được đặt tiếp xúc với chất điện phân lỏng để tạo ra dòng năng lượng. Tuy nhiên, pin cỡ nhỏ không thể sử dụng chất điện phân lỏng.
Loại pin siêu nhỏ mới này được các nhà phát minh tạo ra bằng cách ép một chất điện phân rắn giữa hai vi mạch được bao phủ bởi một màng điện cực siêu mỏng, một cực dương và một cực âm. Tuy nhiên, chất điện phân rắn gần như không hiệu quả bằng việc sử dụng chất điện phân lỏng, vì vậy chúng phải áp dụng cấu trúc cuộn.
Bằng cách cuộn một chồng nguyên liệu phẳng thành hình trụ theo mô hình ‘bánh cuộn’, các nhà khoa học đã có thể thêm rất nhiều diện tích bề mặt vào một không gian chật hẹp. Đây cũng là cách hoạt động của tế bào pin trên ô tô điện của Tesla.
Với kích thước siêu nhỏ, rất khó để cuộn các vật liệu mỏng lại với nhau. Tuy nhiên, có một cách để vật liệu tự cuộn lại.
Các nhà khoa học xếp một bộ thu dòng điện và các dải điện cực làm bằng vật liệu polyme, kim loại và điện môi lên bề mặt của một tấm wafer kéo dài. Lực căng được giải phóng làm cho các vật liệu co lại, cuộn lại với nhau để tạo ra một kiến trúc giống như bánh bông lan cuộn, tạo ra một ‘pin siêu nhỏ hình trụ tự lăn’.
Loại pin này có kích thước 1,1 × 1,69 mm2, thể tích chỉ 0,04 mm3, nhỏ hơn một hạt muối. Mật độ năng lượng tối thiểu là 100 microwatt giờ / cm2. Nó có thể cung cấp dung lượng gấp 8 lần so với pin phẳng có kích thước tương tự.
Không chỉ có thể sạc lại, các nhà nghiên cứu cho biết pin có thể cung cấp năng lượng cho các máy tính nhỏ nhất mà chúng ta có trong khoảng 10 giờ và có thể được sử dụng trong một số trường hợp như rô bốt và thiết bị y tế, thiết bị điện tử linh hoạt và thậm chí cả các cảm biến trong cơ thể người.
Chúng tôi đã thấy những loại thiết bị này có thể được sử dụng từ việc theo dõi nồng độ oxy, theo dõi sự hồi phục sau phẫu thuật, cho đến theo dõi các cơ quan quan trọng. Nhưng nhiều loại cảm biến dựa vào các phương pháp thu thập dòng điện, chẳng hạn như chuyển đổi dao động cơ học hoặc thu nhiệt thành năng lượng, sẽ không thể hoạt động đáng tin cậy trong một số trường hợp.
Các nhà khoa học cho rằng pin siêu nhỏ có thể sạc lại của họ là một giải pháp cho vấn đề này.
Nhà vật lý Oliver Schmidt từ Đại học Công nghệ Chemnitz ở Đức cho biết: “Vẫn còn tiềm năng tối ưu hóa rất lớn cho công nghệ này và chúng ta có thể mong đợi những viên pin siêu nhỏ mạnh hơn nhiều trong tương lai”.
Tham khảo: Scientificalert
Tổng hợp: Công Nghệ Chính Nhân
