The Matrix -elokuvassa oppivia, puolitajuisia ihmisiä (spoilereita) käytetään paristoina suurella mekaanisella voimalla. Vaikka tämä periaate on selvästi kaukaa haettu, bioakut ovat todellisia. Viimeisimmässä Advanced Science News -julkaisussa New York-Binghamtonin osavaltion yliopiston tutkijat kuvaavat uutta tapaa käyttää bakteereja paristoina pienille antureille. Vaikka bioakkuja on käytetty vähätehoiseen elektroniikkaan, ne eivät ole koskaan olleet riittävän yksinkertaisia tai tehokkaita laajakäyttöön. Joten Binghamton-ryhmä on kehittänyt uuden, helpomman, tavan luoda ja jakaa mikrobisia polttokennoja, joita kutsutaan MFC: ksi, käyttämällä yhtä paperiarkkia ja pakastekuivattuja bakteereja, jotka voidaan aktivoida vain pienellä sylkellä.
MFC: ien, etenkin paperipohjaisten, tärkeä tarkoitus on mahdollistaa pienitehoisen elektroniikan, erityisesti anturien, käyttö, kun tavallinen akku on sekä ylikuormitettu että kustannuksiltaan kohtuuton. Ne eivät lataa kenenkään puhelimia, mutta ne kuluttavat tarpeeksi virtaa LEDin tai todennäköisemmin diagnoosianturien käyttämiseen, joita voidaan käyttää HIV: n tai syövän havaitsemiseen, glukoosin seurantaan ja muuhun.
"[MFC: itä] voidaan käyttää resurssien rajallisissa ympäristöissä, kuten kehitysmaissa", sanoo luoja Seokheun “Sean” Choi, Binghamtonin sähkö- ja tietokonetekniikan apulaisprofessori. ”Ongelmana on kuitenkin valta. Emme voi käyttää kaupallisesti saatavia paristoja tai viimeaikaisia energian saantitekniikoita, koska ne ovat liian tuhlaavia ja liian kalliita kertakäyttöisiin kertakäyttöisiin biosensoreihin.
Choi-ryhmän käyttämiä bakteereita Shewanella oneidensis käytetään usein nanoteknologiassa, koska se kykenee vähentämään metalleja ja elää hapeissa ympäristöissä. Se vähennys, jossa positiiviset ionit erotetaan negatiivisista, tekee pitkänomaisista, kahden mikrometrin soluista käyttökelpoisia bioakkuissa - tuloksena on vapaasti varautuneita hiukkasia, joita voidaan käyttää voimana.
Kuten tavallinen akku, bioakku toimii erottamalla positiivisesti varautunut napa (nimeltään katodi) negatiivisesti varautuneesta navasta (anodi). Kun bakteerit pilkkovat ravintolähteen (yleensä glukoosin), sen hengityselimet vapauttavat elektroneja ja protoneja, joita voidaan käyttää energiana.
"Jos suunnittelemme heidän ympäristönsä niin, että happi on rajoitettua, ja sitten tarjoamme kiinteän elektrodin, niin voimme vangita nämä elektronit", Choi sanoo.
Choin innovaatio liittyy paperisten MFC-rakenteiden rakenteeseen. Miten hän kysyi, miten voit tehdä halvan paperiampun, joka pystyy toimittamaan yksinkertaisia elektronisia antureita, mutta on myös helppo käyttää ja kuljettaa? Hänen ratkaisussaan käytettiin joitain uusia tekniikoita, lähinnä pakastekuivausta ja taittoa.
Akun rakenne muodostetaan kromatografiapaperiarkista, joka on jaettu rypytysristikkoon. Yksi hopeanitraatista valmistettu ja vahan peittämä osa muodostaa katodin. Toinen johtava polymeeriosa toimii anodina, ja kolmas sisältää säiliön bakteereille ja sen energialähteelle. Choi esitäyttää säiliön bakteereilla ja pakastaa ja kuivaa ne. Tällä tavalla niitä voidaan kuljettaa tai varastoida korkeintaan kaksi viikkoa.
Käyttääksesi sitä, sylke vain säiliöön ja taita se katodin ja anodin keskelle. Kyllä, sylkeä; Tarvitsee vain vähän orgaanista materiaalia bakteerien pääsemiseksi liikkeelle, ja sylki sisältää glukoosia. Se voi olla mitä tahansa, mutta sylki on yleensä saatavana ja vähemmän syyllistä kuin jotkut vaihtoehdoista.
Choin työ on osa kasvavaa ja tärkeätä omaisuuden alaa. (Binghamtonin yliopisto) Rutgersin mekaanisen ja avaruustekniikan apulaisprofessori Aaron Mazzeo laatii piirustuksia joustaville ihmisen ja koneen rajapinnoille - esimerkiksi puettavat paperilaitteet kortisolin hikojen seurantaan, stressin osoittimeen. Choin kaltainen akku voisi olla tarvitsemansa virtalähde.
"Meillä on jatkuva haaste tarjota virtaa näille laitteille", Mazzeo sanoo. ”Sähkövoiman avulla voit tehdä diagnoosin, mutta se voi myös vahvistaa signaaleja, joten saatat pystyä havaitsemaan pienemmät määrät. Tämä on tie tulevaisuudessa, mutta tämäntyyppisistä asioista voi olla hyötyä kortisolin mittaamisen lisäksi myös kolesterolin tai alkoholin tai muiden kliinisesti merkitsevien merkkiaineiden määrittämiseksi veressä, virtsassa tai hikeessä. ”
Sekä Mazzeon että Choin teos on osa kasvavaa ja tärkeätä omaisuuden alaa. Tutkijat etsivät enemmän ja parempia tapoja laittaa piirit, kondensaattorit, akut ja jopa aurinkokennot ja käyttöliittymät (kuten Mazzeon ryhmä tekee) paperille. Ennen Choin työtä paristot, jotka ovat käyttäneet kaikkia näitä sovelluksia, ovat olleet monimutkaisia asioita, jotka koostuvat useista paperiarkeista, jotka on tarkkaan sovitettava yhteen.
"Mielestäni tällä alalla on todellinen potentiaali edistää yhteiskunnan jatkuvia pyrkimyksiä ympäristön vakauden, turvallisuuden, viestinnän, terveyden ja suorituskyvyn parantamiseksi", Mazzeo sanoo.
Mutta kyseisiin elektroniikoihin on aina syötettävä virtaa, joten Choi haluaa silti tehdä paristoistaan tehokkaampia ja tehokkaampia ja tehdä tutkiakseen erilaisia keinoja taittaa ne ja pinota ne sekä suunnitella bakteereja paremmiksi virrantuottajaksi.
