ED Yong日前揭橥了一篇名為A New Kind of Soft Battery, Inspired by the Electric Eel的文章,引見了如今剛研收回來的一種模擬電鰻發機電制的軟體電池,讓人不由感嘆天然界的奇異。
1799年,意年夜利迷信家Alessandro Volta(伏特)用鋅和銅做了一個手臂長度的電池堆,鋅和銅是用鹽浸的紙殼離開的。這個“電流堆”是世界上第一個分解電池,然則Volta的設計基本卻很陳舊——電鰻的身材。
電鰻可以經由過程發電器官來自我發電,發電器官占到了其兩米長身材的80%。發電器官含稀有千個特別的肌肉細胞,名為發電細胞。每一個細胞可以發生一個小小的電壓,然則合在一路,這些細胞可以發生600伏閣下的電壓,足以電逝世一小我,乃至一匹馬。這些細胞也使Volta在電池研發中有了更多思緒,也讓他享譽盛名。
兩個世紀以后的明天,電池曾經成了弗成或缺的日用品。但即便是如今,電鰻還在為迷信家供給靈感。在弗里堡年夜學,由Michael Mayer率領的科研部隊發明了一種新的動力源,模擬的就是電鰻的發電器官。其含有多種色彩的凝膠塊,呈長條分列,很像電鰻的發電細胞。想翻開電池,只須要一路按壓這些凝膠。
與傳統電池分歧,這個團隊設計的電池又軟又靈巧,能夠會為下一代的軟體機械人供能。由于資料更貼合人體,電池也能夠用于制作下一代的起搏器、修復物資和醫學植入物。想象一下,今后有電隱形眼鏡的靈感居然來自于一條魚。
為了研制這類分歧平常的電池,團隊成員Tom Schroeder和Anirvan Guha在開端時瀏覽了年夜量關于電鰻發電細胞若何運作的材料。這些細胞以長條狀堆疊,細胞之間被液體填充。就似乎把抹了蜂蜜的薄餅一層一層堆起來,堆到很高,然后把它放倒,就和這個電池很像了。
電鰻歇息的時刻,每一個發電細胞都邑把陽離子從后頭和正面泵出去,發生兩個相反的電壓,相互抵消。但電鰻須要電的時刻,發電細胞的后頭就會翻過去,向相反的偏向泵出陽離子,就會發生一點電壓。癥結的是,每一個發電細胞都邑同時完成這個操作,所以加起來的電壓是非常高的。就似乎電鰻的尾巴里有幾千個小電池,個中有一半的偏向是反的,然則它們可以同時翻轉,發生電壓。“這的確太奇異了,” Schroeder說。
他和同事原來想在試驗室里重塑全部發電器官,然則很快就認識到那太龐雜了。以后,他們想到可以制作年夜量的細胞膜來模擬發電細胞堆,然則這些資料沒法年夜量操作,由于假如一個破了,全部體系就會停擺。Schroeder說:“如許會碰到‘串連小燈膽’的成績,一個燈膽壞了,一串燈膽都不亮了。”
最初,他和Guha選了更簡略的一種拆卸方法,在兩片板材上分列放置凝膠塊。請看下圖中的底板,白色凝膠含有鹽水,藍色的含有海水,離子可以從白色凝膠流到藍色凝膠,然則因為凝膠是疏散的,所以離子其實不能活動。當另外一塊板材上的綠色和黃色凝膠橋連上紅藍凝膠之間的裂縫時,離子就有了挪動的通道。
兇猛的處所來了:綠色凝膠塊只許可陽離子經由過程,黃色的只許可陰離子經由過程。也就是說陽離子只能從一邊流入藍色凝膠,陰離子則從另外一邊流入,藍色凝膠四周就會發生電壓,就像發電細胞一樣,并且每一個凝膠塊會發生一個小電壓,然則數以千計的凝膠塊成行分列,最高可發生110伏的電壓。
在電鰻神經元收回旌旗燈號后,電鰻的發電細胞就會開端放電。然則Schroeder的電池開關就簡略許多了,只需把凝膠積存在一路便可以。
承載凝膠的板材過年夜會很不便利。然則密歇根年夜學的工程師Max Shtein提出了一個聰慧的處理方法——折紙。用把太陽能板放進衛星的折疊方法來折疊凝膠板,然后把每一個色彩的次序排好,如許全部電池所占的空間就會小許多,年夜小只要隱形眼鏡那末年夜,說不定哪無邪的可以佩帶到身上。
但對如今來講,這類電池必需要具有充電功效。電池一旦激活,可以供電幾小時,以后全部凝膠中的離子會趨于均衡,電池也就沒電了。以后你須要把電池通上電,讓凝膠回到高鹽度和低鹽度分列的狀況。但Schroeder指出我們的身材會連續地彌補離子含量分歧的液體,也許有朝一日我們可以應用這些液體來制作電池。
主要的是,這會讓人體變得像電鰻一樣。我們不太能夠會電逝世其別人,然則我們可以應用體內的離子原料為小的植入物供能。固然,Schroeder還說這只是一個初步的假想,并沒有一個現實的籌劃。他說:“許多器械由于許多緣由沒法完成,所以我也不想抱有太年夜的希冀。”
范德堡年夜學的Ken Catania花了許多年來研討電鰻的生物學道理,他以為這個假想也不是不公道。“Volta的電池不只僅可以裝進手機里,你看如今,我們都曾經離不開電池了,”他說。“汗青能夠會再現。”
他彌補道:“我很驚奇電鰻能為迷信屆帶來這么多進獻,這對根本的迷信價值不雅來講,是一個很好的典范。” Schroeder只在植物園里見過電鰻,但他想有一天去親身看看電鰻。“我歷來沒被電鰻電過,但我認為我應當被電一下嘗嘗,”他說。