Τα ηλεκτρικά χέλια, τα οποία γλιστρούν κατά μήκος των λασπώδεις πυθμένες των λιμνών και των ρυακιών στις λεκάνες απορροής του Αμαζονίου και του Ορίνου στην Νότια Αμερική, μπορούν να προκαλέσουν ένα σοκ αρκετά ισχυρό για να χτυπήσει ένα άλογο από τα πόδια του. Η ισχύς τους προέρχεται από κύτταρα που ονομάζονται ηλεκτροκύτταρα τα οποία εκφορτίζονται όταν το χέλι κυνηγάει ή αισθάνεται ότι απειλείται.
Τώρα, οι ερευνητές λαμβάνουν έμπνευση από αυτά τα χέλια (όχι τεχνικά χέλια, στην πραγματικότητα, αλλά ένα είδος ψαριού) για να αναπτύξουν νέες πηγές ενέργειας που θα μπορούσαν κάποια στιγμή να ενεργοποιήσουν ηλεκτρικές συσκευές στο ανθρώπινο σώμα, όπως βηματοδότες, αισθητήρες και προσθετικά όργανα.
Τα ηλεκτρικά χέλια μπορούν να συγχρονίσουν τη φόρτιση και την εκκένωση χιλιάδων κυττάρων στο σώμα τους ταυτόχρονα, λέει ο Max Shtein, επιστήμονας υλικών στο Πανεπιστήμιο του Michigan, ο οποίος εργάστηκε στην έρευνα.
"Εάν σκέφτεστε να το κάνετε πολύ γρήγορα - σε ένα κλάσμα ενός δευτερολέπτου - για χιλιάδες κύτταρα ταυτόχρονα, αυτό είναι ένα πολύ έξυπνο σχέδιο καλωδίωσης", λέει.
Τα ηλεκτροκύτταρα ενός ηλεκτρικού χελιού είναι μεγάλα και επίπεδα, με εκατοντάδες στοιβάζονται οριζόντια. Λόγω του τρόπου με τον οποίο στοιβάζονται, οι μικροσκοπικές ατομικές τάσεις των κυττάρων προστίθενται σε ένα σημαντικό λάκτισμα. Αυτό είναι δυνατό επειδή ο περιβάλλοντος ιστός μονώνει τα ηλεκτροκύτταρα έτσι ώστε η τάση να ρέει προς τα εμπρός στο νερό μπροστά από το ψαροντούφεκο ή τη θανάτωση θύελλας ή απειλών - και στη συνέχεια ρέει πίσω για να δημιουργήσει ένα πλήρες κύκλωμα.
Μια ομάδα με επικεφαλής τον συνεργάτη του Shtein Michael Meyer στο Πανεπιστήμιο του Fribourg προσπάθησε να αντιγράψει τη φυσιολογία του χελιού δημιουργώντας περίπου 2.500 μονάδες από νάτριο και χλωριούχο διαλυμένο σε υδρογέλες με βάση το νερό. Έγραψαν σειρές μικροσκοπικών πολύχρωμων κουμπιών υδροπηκτών σε μεγάλα φύλλα πλαστικού, εναλλάσσοντας τις αλμυρές υδρογέλες με αυτές που έγιναν ακριβώς με νερό. Στη συνέχεια, εκτυπώνουν ένα δεύτερο φύλλο υδρογέλης επιλεκτικής φόρτισης, το καθένα από τα οποία αφήνει να περάσει είτε θετικά φορτισμένο νάτριο είτε αρνητικά φορτισμένα γέλες χλωριούχου νατρίου. Όταν τα φύλλα διπλώθηκαν, χρησιμοποιώντας μια ειδική τεχνική origami, οι εναλλασσόμενες πηκτές άγγιξαν και παράγουν ηλεκτρισμό. Το σύστημα δημιούργησε 110 βολτ - ένα αξιοπρεπή jolt, αλλά πολύ λιγότερο από την έξοδο ισχύος ενός χελιού, το οποίο έχει λεπτότερα, χαμηλότερης αντοχής κύτταρα.
Οι υδρογέλες επιλεκτικές φορτίου πάνω από ένα φύλλο αλατούχου (κόκκινου) και γλυκού νερού (μπλε) υδρογέλες (University of Michigan) Η ομάδα, η οποία περιελάμβανε επίσης ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Fribourg και το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας του Σαν Ντιέγκο, έγραψε για το πρωτότυπο τους στο περιοδικό Nature τον περασμένο μήνα.
Το σύστημα υδρογέλης είναι μαλακό και εύκαμπτο, το οποίο θα μπορούσε να το καταστήσει μια ενδεχομένως καλή πηγή ενέργειας για ρομπότ με μαλακό σώμα, οι κινήσεις των οποίων θα παρεμποδίζονται από τις σκληρές μπαταρίες. Είναι επίσης απαλλαγμένο από τα δυνητικά τοξικά συστατικά των παραδοσιακών μπαταριών, όπως το μόλυβδο. Και επειδή το σύστημα είναι κατασκευασμένο από τεχνητά συστατικά και όχι από βιολογικό ιστό, έχει χαμηλή πιθανότητα ανοσολογικής απόρριψης.
Οι ερευνητές ελπίζουν ότι μπορούν να αυξήσουν την ισχύ του συστήματος κάνοντας τις μεμβράνες υδρογέλης λεπτότερες. Επίσης, ελπίζουν να μιμούνται την ικανότητα του χελιού να χρησιμοποιεί τα δικά του σωματικά υγρά για να διατηρεί διαφορές στη συγκέντρωση ηλεκτρολυτών μεταξύ ηλεκτροκυττάρων. Αυτό θα μπορούσε να επιτρέψει τη μόνιμη τροφοδοσία μιας εμφυτευμένης συσκευής χωρίς εξωτερική είσοδο.
"Η ομορφιά των ηλεκτρικών μπαταριών ηλεκτρικού χεριού είναι ότι οι αρχές με τις οποίες λειτουργούν είναι απλές και τα φορτισμένα σωματίδια που κινούνται για να παράγουν ρεύμα είναι εύκολα διαθέσιμα - ουσιαστικά απλά ιόντα σε διάλυμα όπως στο επιτραπέζιο αλάτι - που απαντώνται φυσικά στο σώμα μας" λέει ο Harold Zakon, καθηγητής νευροεπιστήμης στο Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Όστιν, ο οποίος μελετά τα ηλεκτρικά χέλια. «Δεδομένου ότι τα ηλεκτρικά κύτταρα οργάνων φορτίζονται από τα κινούμενα ιόντα στις κυτταρικές μεμβράνες, δεν θα έπρεπε ποτέ να συνδεθούν στον τοίχο ή σε μια εξωτερική πηγή ενέργειας, αλλά θα βασίζονταν στην ενέργεια του σώματος για να τους κρατήσουν φορτισμένους».
