Sähköankeriaat, jotka liukuvat Etelä-Amerikan Amazonin ja Orinocon vesistöalueiden lammikoiden ja purojen mutaisella pohjalla, voivat aiheuttaa riittävän voimakkaan iskun heittää hevosen jalkoistaan. Heidän voimansa tulee soluista, joita kutsutaan sähkösoluiksi ja jotka purkautuvat ankeriaan metsästettäessä tai ollessaan uhattuna.
Nyt tutkijat inspiroivat näitä ankeriaita (tosiasiallisesti ei teknisesti ankeriaita, vaan tietyn tyyppisiä kaloja) kehittämään uusia virtalähteitä, jotka voisivat joskus käyttää sähkölaitteita ihmiskehossa, kuten sydämentahdistimet, anturit ja proteesit elimiä.
Sähköankeriaat voivat synkronoida tuhansien solujen varautumisen ja purkautumisen samanaikaisesti kehossaan, kertoo Michiganin yliopiston materiaalitutkija Max Shtein, joka työskenteli tutkimuksessa.
"Jos ajattelee tehdä niin nopeasti - [vain sekunnin murto-osassa] tuhansille soluille samanaikaisesti, se on melko fiksu kytkentäkaavio", hän sanoo.
Sähköisen ankeriaan sähkösyytit ovat suuria ja litteitä, ja satoja on pinottu yhteen vaakatasossa. Pinoamismenetelmästä johtuen kennojen pienet yksittäiset jännitteet lisäävät merkittävän potkun. Tämä on mahdollista, koska ympäröivä kudos eristää sähkösolut, joten jännite virtaa eteenpäin veteen kalojen edessä - tainnuttamalla tai tappaen saalista tai uhkia - virtaa sitten takaisin muodostamaan täydellisen piirin.
Shteinin yhteistyökumppanin Michael Meyerin johtama ryhmä Fribourgin yliopistosta yritti kopioida ankeriaan fysiologiaa luomalla noin 2500 yksikköä natriumista ja kloridista, jotka oli liuotettu vesipohjaisiin hydrogeeleihin. He tulostavat riviä pieniä monivärisiä hydrogeelipainikkeita pitkille muovilevyille vuorotellen suolaiset hydrogeelit vain vedellä valmistettujen kanssa. Sitten ne tulostettiin toinen arkki varausselektiivisiä hydrogeelejä, joista jokainen pääsi joko positiivisesti varautuneita natrium- tai negatiivisesti varautuneita kloridigeelejä kulkemaan läpi. Kun levyt taitettiin erityistä origami-tekniikkaa käyttäen, vuorottelevat geelit koskettivat ja tuottivat sähköä. Järjestelmä tuotti 110 volttia - kunnollista iskua, mutta paljon vähemmän kuin ankeriaan teho, joka sisältää ohuemmat, pienemmät vastuskennot.
Latausvalinnaiset hydrogeelit suolaliuos (punainen) ja makean veden (sininen) hydrogeeliarkin päällä (Michiganin yliopisto) Ryhmä, johon kuuluivat myös Fribourgin yliopiston ja Kalifornian yliopiston San Diegon tutkijat, kirjoitti prototyypistään Nature- lehdessä viime kuussa.
Hydrogeelijärjestelmä on pehmeä ja joustava, mikä voisi tehdä siitä potentiaalisesti hyvän virtalähteen pehmeärunkaisille roboteille, joiden kovat akut estävät liikkumista. Se ei sisällä myöskään perinteisten akkujen mahdollisesti myrkyllisiä aineosia, kuten lyijyä. Ja koska järjestelmä on valmistettu pikemminkin keinotekoisista komponenteista kuin biologisesta kudoksesta, sillä on pieni mahdollinen immuunijärjestelmä.
Tutkijat toivovat voivansa kasvattaa järjestelmän tehoa tekemällä hydrogeelikalvot ohuempia. He myös toivovat jäljittelevän ankeriaan kykyä käyttää omia kehon nesteitä ylläpitääkseen eroja elektrolyyttien pitoisuuksissa elektrolyyttien välillä. Tämä voisi tehdä mahdolliseksi virran implantoidulle laitteelle ilman ulkoista tuloa.
"Sähköisten ankeriasbioakkujen kauneus on, että periaatteet, joilla ne toimivat, ovat yksinkertaisia ja varautuneet hiukkaset, jotka liikkuvat virran tuottamiseksi, ovat helposti saatavissa - lähinnä vain ioneja liuoksessa kuten ruokasuolassa -, joita esiintyy kehossamme luonnollisesti", sanoo Harold Zakon, Austinin Teksasin yliopiston neurotieteen professori, joka tutkii ankeriaita. "Koska sähköorgaaniset solut latautuvat siirtämällä ioneja solukalvojen läpi, niitä ei koskaan tarvitse kytkeä seinään tai ulkoiseen virtalähteeseen, vaan ne luottavat kehon omaan energiaan pitääkseen ne latautuneina."
