Robot thám hiểm sử dụng điện năng được tạo ra bởi vi khuẩn

Tại Phòng thí nghiệm Hải quân Hoa Kỳ, các nhà khoa học đang lên kế hoạch khai thác vi khuẩn sống như một nguồn phát điện bền bỉ cho robot thám hiểm không gian. Ý tưởng này dựa trên tế bào nhiên liệu vi sinh tiên tiến, thường được gọi bằng tên viết tắt MFCs, có khả năng biến các quá trình hóa học của vi khuẩn thành điện năng. Nếu thành công, một xe tự hành cỡ nhỏ có thể hoạt động lâu dài tại những hành tinh xa xôi, nơi con người chưa thể trực tiếp can thiệp hoặc sửa chữa thiết bị. Khác với pin lithium-ion truyền thống, MFCs tạo điện nhờ hoạt động sống của các vi khuẩn bên trong tế bào nhiên liệu, thay vì chỉ dựa vào lượng hóa chất được nạp sẵn. Khi vi khuẩn tiếp tục sinh trưởng và tự nhân bản, hệ thống có triển vọng duy trì khả năng cung cấp điện trong thời gian dài hơn, dù công nghệ vẫn còn nhiều giới hạn. Các hạn chế hiện được nhắc đến gồm kích thước, trọng lượng cùng những yêu cầu kỹ thuật cần giải quyết trước khi MFCs có thể bay vào không gian. Tiến sĩ Gregory Scott, thuộc Phân ban Kỹ thuật Tàu vũ trụ của Phòng thí nghiệm Hải quân Hoa Kỳ, cho biết mục tiêu nghiên cứu là đánh giá độ tin cậy và hiệu quả của nguồn điện đặc biệt này. Nhóm nghiên cứu muốn xác định liệu điện năng do vi khuẩn tạo ra có đủ ổn định để cung cấp cho xe tự hành nhỏ trong môi trường khắc nghiệt hay không. Đây là những điều kiện mà nhiệt độ, bức xạ, khoảng cách và sự vắng mặt của con người có thể khiến mọi sai sót trở nên đặc biệt khó khắc phục. MFCs có thể được tích hợp vào các thiết bị điện tử tự hành tiêu thụ rất ít điện, trong đó xe tự hành cỡ nhỏ là một ứng dụng đáng chú ý. Công nghệ này cũng mở ra khả năng cung cấp năng lượng cho nhiều hệ thống robot khác, nhất là robot được thiết kế để khảo sát những hành tinh ngoài Trái Đất. Trong các nhiệm vụ kéo dài, nguồn điện tự duy trì có thể giúp thiết bị giảm sự phụ thuộc vào những bộ pin truyền thống vốn bị giới hạn bởi dung lượng và tuổi thọ. Cách sử dụng điện năng được hình dung theo hướng phân chia linh hoạt giữa hoạt động tức thời và tích trữ cho nhu cầu lớn hơn. Một phần điện do MFCs tạo ra sẽ duy trì thiết bị điện tử, hệ thống kiểm soát cùng các chức năng cơ bản cần thiết để xe tiếp tục vận hành. Phần năng lượng còn lại có thể nạp vào pin hoặc tụ điện, tạo khoản dự trữ phục vụ các công cụ nghiên cứu chuyên sâu hoặc những chuyển động phức tạp. Cơ chế tích trữ này đặc biệt hữu ích với một robot phải làm việc chậm rãi, kiên trì giữa môi trường xa lạ và không thể nhận hỗ trợ thường xuyên từ Trái Đất. Robot có thể duy trì các hệ thống thiết yếu bằng dòng điện nhỏ, sau đó chờ đủ năng lượng trước khi kích hoạt thiết bị khoa học cần công suất cao hơn. Nhờ vậy, nguồn điện không nhất thiết phải mạnh liên tục, nhưng cần hoạt động ổn định và được quản lý phù hợp với từng nhiệm vụ. Dù mới đặt nền tảng ban đầu, nghiên cứu vẫn mang ý nghĩa quan trọng đối với hướng phát triển thiết bị điện tử công suất nhỏ trong không gian. Kết quả cho thấy MFCs có thể trở thành một lựa chọn cần được tiếp tục kiểm tra cho những nhiệm vụ thám hiểm dài ngày, bên cạnh các giải pháp năng lượng quen thuộc. Công nghệ cũng có thể hỗ trợ những ứng dụng chế tạo robot trên Trái Đất, nơi các thiết bị tự hành cần nguồn điện lâu dài trong điều kiện khó tiếp cận. Con đường từ phòng thí nghiệm đến một robot thực sự hoạt động trên hành tinh khác chắc chắn còn đòi hỏi giải quyết nhiều vấn đề liên quan đến kích thước, trọng lượng và độ bền hệ thống. Tuy nhiên, việc biến hoạt động của vi khuẩn thành điện năng đã cung cấp một hướng tiếp cận khác cho bài toán năng lượng trong các chuyến thám hiểm xa. Nghiên cứu của Phòng thí nghiệm Hải quân Hoa Kỳ vì thế mở thêm triển vọng để những robot nhỏ có thể làm việc bền bỉ hơn, tự chủ hơn và lâu dài hơn trong vũ trụ.