Anghilele electrice oferă o sursă de inspirație pentru un nou tip de sursă de energie

Noile surse de energie au o asemănare șocantă cu organele producătoare de electricitate din interiorul anghilelor electrice.

Aceste organe artificiale de anghilă electrică sunt alcătuite din amestecuri de polimeri pe bază de apă numite hidrogeluri. Astfel de dispozitive moi, flexibile asemănătoare bateriei, descrise online pe 13 decembrie în Naturăar putea alimenta roboți moi sau tehnologie purtabilă și implantabilă de nouă generație.

„Este o abordare foarte inteligentă” de a construi surse de energie potențial biocompatibile, prietenoase cu mediul și „are un viitor strălucit pentru comercializare”, spune Jian Xu, inginer la Universitatea de Stat din Louisiana din Baton Rouge, care nu este implicat în lucrare.

Acest nou tip de sursă de energie este modelat după rândurile de celule numite electrocite din organul electric care trece de-a lungul corpului unei anghile electrice. Când o anghilă își zdrobește prada, atomii de potasiu și sodiu încărcați pozitiv în interiorul și între aceste celule curg către capul anghilei, făcând partea frontală a fiecărui electrocit pozitivă și cea a coadă negativă. Această configurație creează o tensiune de aproximativ 150 de milivolți pe fiecare celulă. Tensiunile acestor electrocite se adună, ca o gamă de baterii AAA care alimentează o lanternă, explică Michael Mayer, biofizician la Universitatea din Fribourg din Elveția. În mod colectiv, electrocitele unei anghile pot genera sute de volți.

Povestea continuă sub imaginea

celula de anghilă artificială
CELULELE GEL Fiecare celulă de anghilă artificială este un lanț de patru hidrogeluri, de la un gel roșu la altul, cuprins între panouri de poliester și conectat la alte celule. Thomas Schroeder și Anirvan Guha

Mayer și colegii săi au inventat patru hidrogeluri care, atunci când sunt puse la coadă într-o anumită ordine, imită funcția unui electrocit. Cercetătorii au conceput câteva strategii pentru a lega o celulă artificială cu patru gel de alte celule. O tehnică a implicat imprimarea grilelor de hidrogel pe două foi de poliester și apoi așezarea unei foi peste cealaltă, astfel încât hidrogelurile să se încrucișeze ca dinții fermoarului. Alternativ, imprimarea tuturor hidrogelurilor pe o singură foaie și apoi plierea foii a stivuit gelurile ca niște clătite.

Cercetătorii au proiectat structura chimică a celor patru hidrogeluri astfel încât, de îndată ce toate gelurile unei singure celule s-au atins, atomii lor de sodiu încărcați pozitiv s-au ridicat la un capăt al liniei și atomii negativi de clorură s-au inundat spre celălalt. La fel ca un electrocit adevărat, fiecare celulă artificială cu patru gel a generat 130 până la 185 de milivolți de electricitate, iar 612 celule de anghilă artificială în tandem au produs 110 volți – similar cu cel al unei prize de uz casnic.

Povestea continuă sub imaginea

foaie de hidrogel
PRELUAREA ÎN CĂRĂ O foaie de poliester cu hidrogeluri imprimate într-o configurație precisă se pliază astfel încât hidrogelurile se stivuiesc similar cu celulele din organul generator de electricitate al unei anghile electrice. Thomas Schroeder și Anirvan Guha

Din păcate, organele de anghilă artificială nu sunt la fel de eficiente ca omologii lor biologici, spune Mayer. Așadar, sistemele de hidrogel construite pentru acest studiu ar putea energiza doar instrumente de foarte mică putere. „Dispozitivul pe care suntem cel mai aproape de a-l alimenta este probabil un stimulator cardiac”, spune Mayer. Dar el crede că modificarea configurației hidrogelului pentru a imita mai îndeaproape un adevărat organ electric de anghilă – cum ar fi prin imprimarea gelurilor mai subțiri – ar putea oferi acestor surse de energie mai multă putere.

Mayer vrea, de asemenea, să elaboreze o nouă modalitate de a reîncărca organele artificiale. În prezent, cercetătorii trebuie să conecteze dispozitivele la o sursă externă de energie care conduce particulele încărcate ale hidrogelurilor înapoi la pozițiile lor de pornire, un fel de a conecta o baterie într-o stație de încărcare.

„Sfântul Graal, cel puțin pentru mine, ar fi să proiectez acest lucru astfel încât să se poată reîncărca în interiorul corpului”, spune Mayer. El își imaginează organele artificiale de anghilă atingând energia stocată prin separarea sarcinilor naturale în întregul corp, cum ar fi între stomac – care este încărcat relativ pozitiv – și țesutul din jur. Asemenea surse de energie flexibile, ecologice și transparente ar putea energiza într-o zi senzorii de sănătate implantați, pompele de insulină sau lentilele de contact de înaltă tehnologie care proiectează afișaje virtuale pe raza vizuală a purtătorului.

Nota editorului: Această poveste a fost actualizată la 29 ianuarie 2018, pentru a clarifica faptul că tensiunea nu este o măsură a energiei, iar 28 decembrie 2017, pentru a corecta data publicării online a lucrării în Natură.