В 1799 году итальянский физик Алессандро Вольт был очарован «Вольтовой кучей», которая была сделана из цинка и меди, уложенных в оружие, и две были разделены рассолом. Эта «Вольтовая куча» - это мир Первый вид электрохимической ячейки, но дизайн-основа Вольта происходит от более древней вещи - электрического тела.
Электрический угорь - это своего рода пресноводная рыба, которая может выделяться через специализированную мышечную ткань. Их длина тела может достигать двух метров, а длина органов разгрузки может достигать 80% длины тела. Существуют тысячи органов выгрузки. Специализированные мышечные клетки, называемые «разрядными телами». Каждый разрядный корпус производит только небольшое напряжение, но когда тысячи разряженных тел собраны вместе, они могут генерировать до 600 вольт, достаточно, чтобы сбить человека или даже Лошадь. Электрический разгрузочный механизм дал Вольте вдохновение для изобретательной батареи, сделав его знаменитой 19 века.
Через два столетия батарея стала нашей повседневной потребностью, но даже сейчас электрические цимбалы все еще вдохновляют ученых. В Университете Фрибурга в Швейцарии исследовательская группа под руководством Майкла Майера изобрела своего рода электрооптический прибор. Новый тип гибкой батареи для разрядных органов. Этот тип батареи состоит из гель-блоков разных цветов и размещается в полосках, таких как электрические разрядные тела. Если вы хотите запустить аккумулятор, вам нужно всего лишь собрать эти гель-блоки вместе.
В отличие от обычных батарей, этот новый тип батареи очень гибкий и гибкий, и его можно использовать в роботах с мягким корпусом следующего поколения. Кроме того, поскольку материалы, используемые в батареях, совместимы с нашими телами, можно продвигать разработку кардиостимуляторов следующего поколения, протезирования. И потенциал медицинских имплантатов. Представьте контактные линзы, которые могут генерировать электричество, или кардиостимуляторы, которые могут работать на жидкостях и соли в нашем теле. Все эти продукты могут быть вдохновлены электричеством.
Чтобы развить эту отличительную батарею, члены исследовательской группы Том Шредер и Энн Гухаха начали понимать принцип работы электроразрядного тела. Эти ячейки укладываются в длинные полосы с заполненными жидкостью пространствами между ними. - Это похоже на укладку блинов с медом или сиропом. Когда электрический чайник отдыхает, каждый корпус разряда накачивает положительные ионы спереди и сзади, создавая два противоположных напряжения, которые отменяют друг друга.
Однако при необходимости задняя сторона корпуса разряда будет переворачиваться, а положительные ионы будут накачаны в противоположном направлении, чтобы сформировать крошечное напряжение во всей ячейке. Ключевым моментом является то, что все разрядные тела могут поворачиваться одновременно, а их крошечные напряжения могут быть объединены вместе. Производит мощную электроэнергию. Это похоже на то, что на хвосте электрического полюса есть тысячи таких батарей. Половина из них находится в неправильном направлении, но электрические полюса в любой момент могут регулировать их в правильном направлении, выравнивая и разряжая их. Этот уровень специализации просто невероятен.
Шредер и его коллеги изначально хотели подражать всему разгрузочному органу в лаборатории, но вскоре поняли, что это слишком сложно. После этого они считали, что укладывают много мембран, чтобы имитировать укладку формы тела электрического разряда. Однако тонкие мембранные материалы трудно работать в тысячах порядков. Если мембрана разрывается, вся клетка будет терпеть неудачу.
Наконец, исследователи выбрали более простое решение, используя блок геля, заполненный между двумя отдельными субстратами. Красный гель содержит соленую воду, а синий гель содержит пресную воду. Ионы будут вытекать из красного геля в синий гель. Резина, но из-за расстояния между субстратами такой поток не может произойти. В то же время зеленые и желтые гели расположены на другой подложке, соответствующей этой подложке, поскольку они соединяют зазор между синим и красным гелями. Может обеспечить канал для движения ионов.
Тактика этого дизайна заключается в том, что зеленый блок геля позволяет пропускать положительные ионы, в то время как желтый блок геля позволяет пропускать только отрицательные ионы. Это означает, что положительные ионы могут поступать только в синий гель с одной стороны, а отрицательные ионы - только от Другая сторона течет. Это создает напряжение на синем геле, как и электрический разряд. Также, как и выпуск «кооперативного» электрического разряда, каждый блок геля производит только небольшое напряжение, но тысячи Когда гель-блоки расположены в ряд, они могут генерировать до 110 вольт.
Корпус разряда батареи будет разряжаться только после приема сигналов от нервной системы, но в конструкции Schroeder и др. Запуск разряда геля намного проще - вам нужно только нажать две группы давления геля Приходите вместе.
Если эти гели будут размещены на большой подложке, они будут очень неприятными в использовании. Чтобы решить эту проблему, инженер Мичиганского университета Макс Штейн предложил умное решение - оригами. Используйте аналогично сгибанию солнечных панелей. В специальном методе сгибания спутника он разработал складную пластину, которая позволяет гелям контактировать в правильном порядке, правильном цвете, так что исследовательская группа может сделать такую же мощность в гораздо меньшем пространстве. Аккумулятор занимает очень мало места. , Только контактные линзы настолько велики, возможно, однажды вы сможете достичь пригодных для носки приложений.
В настоящее время такие батареи также требуют активной зарядки. После активации они могут обеспечить несколько часов мощности до тех пор, пока уровни ионов между различными гелями не достигнут равновесия. В этот момент их необходимо перезарядить, а ток используется для возврата геля в соль и Низкосолевые альтернативные состояния. Однако Шредер отметил, что наше тело может непрерывно дополнять биологические жидкости различными концентрациями ионов, и однажды мы сможем использовать эти резервы для разработки батарей.
По сути, это приблизит человеческий организм к электричеству. Хотя возможность электропорации других людей низка, использование ионного градиента в нашем организме может обеспечить мощность для некоторых небольших имплантатов медицинского назначения. Конечно, еще предстоит пройти долгий путь для достижения этой цели.
