Belut elektrik, yang meluncur di sepanjang bahagian bawah kolam dan sungai di Lembah Amazon dan Orinoco di Amerika Selatan, boleh menyebabkan kejutan cukup kuat untuk mengetuk kuda dari kakinya. Kuasa mereka berasal dari sel-sel yang dikenali sebagai elektroit yang melepaskan apabila belut berburu atau terancam.
Kini para penyelidik mengambil inspirasi dari belut ini (tidak secara tekal belut, sebenarnya, tetapi sejenis ikan) untuk membangunkan sumber kuasa baru yang dapat satu hari kuasa peranti elektrik di dalam tubuh manusia, seperti perentak jantung, sensor dan prostetik organ-organ.
Belut elektrik boleh menyegerakkan pengisian dan pembuangan ribuan sel dalam badan mereka secara serentak, kata Max Shtein, seorang saintis bahan di University of Michigan yang bekerja pada penyelidikan.
"Jika anda berfikir tentang melakukan itu dengan cepat - sekurang-kurangnya satu sekejap - untuk beribu-ribu sel secara serentak, itulah skema pendawaian yang lebih bijak, " katanya.
Elektrocyte belut elektrik besar dan rata, dengan beratus-ratus disusun bersama secara mendatar. Kerana cara mereka disusun, tegangan individu kecil sel menambahkan sehingga sepakan penting. Ini mungkin kerana tisu sekeliling memisahkan elektroseit sehingga voltan mengalir ke hadapan ke hadapan air di hadapan ikan - menawan atau membunuh mangsa atau ancaman - kemudian mengalir kembali untuk membuat litar lengkap.
Pasukan yang diketuai oleh kolaborator Shtein Michael Meyer di University of Friborg cuba menyalin fisiologi belut dengan mencipta kira-kira 2, 500 unit yang terbuat dari natrium dan klorida yang dibubarkan dalam hydrogels berasaskan air. Mereka mencetak barisan beberapa butang hidrogel yang berwarna-warni di atas lembaran plastik yang panjang, seli dengan hidrogel masin dengan yang dibuat hanya dengan air. Mereka kemudian mencetak lembaran kedua hidrogel caj-selektif, setiap satu yang membenarkan sama ada natrium yang bernafas positif atau gel klorida yang dikenakan negatif. Apabila lembaran dilipat, menggunakan teknik origami khas, gel berselang menyentuh dan menghasilkan elektrik. Sistem ini menjana 110 volt - satu kejutan yang baik, tetapi jauh lebih rendah daripada output kuasa belut, yang mempunyai nipis, sel-sel rintangan yang lebih rendah.
Hydrogels caj-selektif di atas lembaran hidrogel salin (merah) dan air tawar (biru) (University of Michigan) Pasukan itu, yang juga termasuk para penyelidik dari University of Friborg dan University of California, San Diego, menulis mengenai prototaip mereka dalam jurnal Nature bulan lalu.
Sistem hydrogel lembut dan fleksibel, yang boleh menjadikannya sumber kuasa yang berpotensi bagus untuk robot yang bertubuh lembut yang pergerakannya akan dihalang oleh bateri keras. Ia juga bebas dari bahan-bahan yang berpotensi toksik dari bateri tradisional, seperti plumbum. Dan kerana sistem dibuat daripada komponen buatan dan bukannya tisu biologi, ia mempunyai potensi rendah untuk penolakan imun.
Para penyelidik berharap mereka boleh menaikkan kuasa sistem dengan membran membran hydrogel. Mereka juga berharap untuk meniru keupayaan belut untuk menggunakan cecair badan sendiri untuk mengekalkan perbezaan dalam kepekatan elektrolit antara electrocytes. Ini boleh menjadikannya secara kekal kuasa peranti yang ditanam tanpa input luaran.
"Keindahan bateri bio-elektrik elektrik adalah prinsip-prinsip di mana mereka bekerja adalah mudah dan zarah-zarah yang bergerak untuk menjana arus mudah didapati - pada asasnya hanya ion dalam penyelesaian seperti garam meja - yang berlaku secara semula jadi dalam badan kita, " kata Harold Zakon, seorang profesor neurosains di University of Texas di Austin yang mempelajari belut elektrik. "Oleh kerana sel-sel organ elektrik dikenakan oleh ion-ion bergerak di seluruh membran sel, mereka tidak akan terpaksa dipasang ke dalam dinding atau sumber kuasa luaran, tetapi bergantung pada tenaga tubuh untuk menjaga mereka dikenakan."
