Електрическите змиорки, които се плъзгат по калните дъна на водоеми и потоци в басейните на река Амазонка и Ориноко в Южна Америка, могат да причинят шок, достатъчно мощен, за да събори кон от краката му. Тяхната сила идва от клетки, наречени електроцити, които се изхвърлят, когато змиорката ловува или се чувства застрашена.
Сега изследователите черпят вдъхновение от тези змиорки (не технически змиорки, всъщност, а вид риба), за да разработят нови източници на енергия, които един ден могат да захранват електрически устройства в човешкото тяло, като пейсмейкъри, сензори и протези органи.
Електрическите змиорки могат да синхронизират едновременно зареждането и изхвърлянето на хиляди клетки в телата си, казва Макс Штейн, учен по материали в университета в Мичиган, който е работил върху изследването.
„Ако мислите да направите това много бързо - [само за частица от секундата] за хиляди клетки едновременно, това е доста умна схема на окабеляване“, казва той.
Електроцитите на електрическа змиорка са големи и плоски, със стотици подредени хоризонтално. Поради начина, по който са подредени, малките индивидуални напрежения на клетките се увеличават значително. Това е възможно, защото заобикалящата тъкан изолира електроцитите, така че напрежението тече напред към водата пред рибата - зашеметяваща или убиваща плячка или заплахи - след това тече обратно, за да създаде цялостна верига.
Екип, ръководен от сътрудника на Штейн Майкъл Майер от Университета във Фрибург, се опита да копира физиологията на змиорката, като създаде около 2500 единици, направени от натрий и хлорид, разтворени в хидрогели на водна основа. Те отпечатваха редици от малки разноцветни копчета от хидрогели върху дълги листове пластмаса, редувайки солените хидрогели с тези, направени само с вода. След това отпечатаха втори лист от селективни хидрогели, всеки от които позволява преминаване през положително натоварени натриеви или отрицателно заредени хлоридни гелове. Когато чаршафите бяха сгънати, използвайки специална техника за оригами, редуващите се гелове докосваха и генерираха електричество. Системата генерира 110 волта - приличен удар, но много по-малък от мощността на змиорка, която има по-тънки клетки с по-ниско съпротивление.
Селективно зарядни хидрогели върху лист физиологичен разтвор (червен) и сладководни (сини) хидрогели (Университет на Мичиган) Екипът, който също включваше изследователи от Университета във Фрибург и Калифорнийския университет в Сан Диего, пише за прототипа си в списанието Nature миналия месец.
Хидрогелната система е мека и гъвкава, което би могло да я превърне в потенциално добър източник на енергия за роботи с меки тела, чиито движения ще бъдат възпрепятствани от твърди батерии. Освен това е без потенциално токсични съставки на традиционните батерии, като олово. И тъй като системата е направена от изкуствени компоненти, а не от биологична тъкан, тя има нисък потенциал за отхвърляне на имунитета.
Изследователите се надяват, че могат да увеличат силата на системата, като направят хидрогеловите мембрани по-тънки. Те също така се надяват да имитират способността на змиорката да използва собствените си телесни течности, за да поддържа различията в концентрацията на електролити между електроцитите. Това би могло да даде възможност за постоянно захранване на имплантирано устройство без външен вход.
„Красотата на електрическите акумулатори за змиорки е, че принципите, по които работят, са прости, а заредените частици, които се движат за генериране на ток, са лесно достъпни - по същество просто йони в разтвор, подобно на трапезна сол - които се срещат естествено в телата ни“ казва Харолд Закон, професор по невронауки в Тексаския университет в Остин, който изучава електрически змиорки. „Тъй като клетките на електрическите органи се зареждат от движещи се йони през клетъчните мембрани, те никога не би трябвало да бъдат включени в стената или външен източник на енергия, а ще разчитат на собствената енергия на тялото, за да ги заредят.“
