في عام 1799 ، كان الفيزيائي الإيطالي أليساندرو فودافون مفتونًا بـ "كومة الأعلاف" من الزنك والنحاس المكدسة بالأسلحة ، مفصولة بالمحلول الملحي. النوع الأول من الخلايا الكهروكيميائية ، ولكن أساس تصميم فولتا يأتي من أكثر الأشياء القديمة - الجسم الكهربائي.
ثعبان السمك هو نوع من أسماك المياه العذبة التي يمكن أن تفريغها من خلال الأنسجة العضلية المتخصصة ، ويمكن أن يصل طول جسمها إلى مترين ، ويمكن أن يصل طول أعضاء التفريغ إلى 80٪ من طول الجسم ، وهناك الآلاف من أعضاء التفريغ. خلايا عضلية متخصصة تسمى "أجسام التفريغ" ، حيث ينتج كل جسم تفريغ جهدًا صغيرًا فقط ، ولكن عندما يتم وضع الآلاف من أجسام التفريغ ، يمكن أن ينتج ما يصل إلى 600 فولت ، وهو ما يكفي لإسقاط أي شخص ، أو حتى حصان ، أعطت آلية التفريغ الكهربائي فولتا الإلهام لبطارية الاختراع ، مما جعله أحد مشاهير القرن التاسع عشر.
بعد قرنين من الزمن ، أصبحت البطارية ضروراتنا اليومية ، ولكن حتى الآن ، لا تزال الصنوج الكهربائية توفر الإلهام للعلماء ، ففي جامعة فريبورغ في سويسرا ، اخترع فريق البحث بقيادة مايكل ماير نوعًا من الكهرباء المقلدة. نوع جديد من البطاريات المرنة لأعضاء التفريغ يتكون هذا النوع من البطاريات من كتل هلامية بألوان مختلفة ويتم ترتيبها في شرائط مثل أجسام التفريغ الكهربائي ، وإذا كنت ترغب في تشغيل البطارية ، فإنك تحتاج فقط إلى تكديس كتل الهلام هذه معًا.
وعلى عكس البطاريات التقليدية ، فإن هذا النوع الجديد من البطاريات يتميز بالمرونة والمرونة ، ويمكن استخدامه في الجيل التالي من روبوتات الجسم اللينة ، علاوة على ذلك ، بما أن المواد المستخدمة في البطاريات متوافقة مع أجسامنا ، فمن الممكن تعزيز تطوير الجيل القادم من أجهزة ضبط نبضات القلب ، الأطراف الصناعية. تخيل العدسات اللاصقة التي يمكن أن تولد الكهرباء ، أو أجهزة ضبط نبضات القلب التي يمكن أن تعمل على السوائل والملح في أجسامنا ، وقد تكون كل هذه المنتجات مستوحاة من الصدمات الكهربائية.
من أجل تطوير هذه البطارية المميزة ، بدأ أعضاء فريق البحث توم شرودر وآن غوا في فهم مبدأ عمل جسم التفريغ الكهربائي ، وهذه الخلايا مكدسة في شرائط طويلة وهناك فراغ مملوء بالسيولة بينهما. - إنها مثل الفطائر المتراصة مع العسل أو الشراب ، وعندما تستقر الغلاية الكهربائية ، يضخ كل جسم تصريف أيونات موجبة من الأمام والخلف ، وينتج عن ذلك جهدان متضاجعان يلغيان كل منهما الآخر.
ومع ذلك، عند الحاجة، وسيتم تشغيل الجسم مرة أخرى الإفراط في التفريغ، ومضخة تبدأ من الأيونات الموجبة في الاتجاه المعاكس، وتشكيل الجهد دقيقة في جميع أنحاء الخلية. وهذه النقطة هي أن كل عضو التفريغ يمكن تشغيل في نفس الوقت، فهي قادرة على إضافة الجهد صغير لديها سلطة قوية. وكأن ذيل ثعبان البحر الكهربائي لديها الآلاف من هذه الخلايا، حيث أن نصف نقطة لاتجاه "خاطئ"، وثعبان البحر الكهربائي ولكن يمكنهم دائما أن تعدل إلى الاتجاه "الصحيح"، بحيث أنها تتماشى وتفريغها هذه الدرجة من التخصص هو ببساطة لا يمكن تصورها.
أراد شرودر وزملاؤه في البداية تقليد جهاز التفريغ بأكمله في المختبر ، لكنهم أدركوا بسرعة أن هذا الأمر معقد للغاية ، وبعد ذلك ، فكروا في تكديس العديد من الأغشية لتقليد شكل التراص في الجسم. ومع ذلك ، يصعب العمل على مواد غشاء دقيقة في آلاف من الأحجام ، فإذا ما تمزق الغشاء ، فستفشل الخلية بأكملها.
وأخيرًا ، اختار الباحثون حلًا أبسطًا ، باستخدام كتلة الهلام المملوءة بين ركيزين منفصلين ، ويحتوي الهلام الأحمر على ماء مالح ، ويحتوي الجل الأزرق على ماء طازج ، وسوف تتدفق الأيونات من الجل الأحمر إلى الجل الأزرق. لا يمكن أن يحدث مثل هذا الصمغ ، ولكن بسبب التباعد بين الركائز ، في الوقت نفسه ، يتم ترتيب الهلام الأخضر والأصفر على الركيزة الأخرى المقابلة لهذه الركيزة ، لأنها تقوس الفجوة بين المواد الهلامية الزرقاء والحمراء. يمكن أن توفر قناة لحركة الأيونات.
هذا التصميم هو أن خفة دم: الأخضر هلام قطعة فقط يسمح الأيونات الموجبة، وقطع هلام الأيونات السالبة الصفراء وهو ما يعني السماح فقط الأيونات الموجبة تتدفق إلى هلام الأزرق من جانب واحد فقط، وعندئذ فقط أنيون. الجانب الآخر من تدفق، وهذا يخلق الجهد على هلام الأزرق، وكأنه أدائها. وعلاوة على ذلك، وأداء هيئة كهربة "التعاون"، كما يتم إنشاء كل كتلة هلام فقط الجهد صغيرة، ولكن الآلاف عندما قطع هلام في صف واحد، يمكن أن تنتج الفولتية يصل إلى 110 فولت.
لن يتم تفريغها الجسم تصريف ثعبان البحر الكهربائي بعد تلقي إشارات من الجهاز العصبي، ولكن شرودر وآخرون تصميم، على الزناد للتصريف هلام هو أبسط من ذلك بكثير - تحتاج فقط إلى الضغط على هلام اثنين معا.
إذا وضعت هذه المواد الهلامية على ركيزة كبيرة ، فإنها ستكون مزعجة للغاية لاستخدامها ، ومن أجل حل هذه المشكلة ، وضع مهندس جامعة ميشيغان ماكس شتاين حلًا ذكيًا - اوريغامي ، يستخدم بشكل مماثل لطي الألواح الشمسية. في أسلوب الطي الخاص للقمر الصناعي ، قام بتصميم لوحة قابلة للطي تمكن المواد الهلامية من الاتصال بالترتيب الصحيح ، اللون الصحيح ، بحيث يتمكن فريق البحث من صنع نفس القوة في مساحة أصغر بكثير ، فالبطارية تأخذ مساحة صغيرة جدًا. ، العدسات اللاصقة فقط كبيرة جدا ، ربما يوم واحد يمكنك تحقيق التطبيقات القابلة للارتداء.
تتطلب هذه البطاريات حاليًا شحنًا نشطًا ، وبمجرد تنشيطها ، يمكنها توفير عدة ساعات من الطاقة حتى تصل مستويات الأيونات بين المواد الهلامية المختلفة إلى التوازن ، وعند هذه النقطة ، يجب إعادة شحنها ، ويستخدم التيار لإعادة الجل إلى ملح مرتفع و ومع ذلك ، أشار شرودر إلى أن جسمنا يمكن أن يكمّل باستمرار سوائل الجسم بتركيزات مختلفة من الأيونات ، وفي يوم ما قد نتمكن من استخدام هذه الاحتياطيات لتطوير البطاريات.
في جوهرها ، سيؤدي هذا إلى تقريب الجسم البشري إلى الكهرباء ، على الرغم من أن إمكانية التكاثر الكهربائي للأشخاص الآخرين منخفضة ، فإن استخدام التدرج الأيوني في أجسادنا قد يوفر الطاقة لبعض الغرسات الطبية الصغيرة الحجم. بالطبع ، لا يزال هناك طريق طويل لتحقيق هذا الهدف.
