Sähköankeriaan biologia inspiroi tehokkaan geeliakun

Biologisessa kudoksessa tai sen lähellä sijaitsevissa laitteissa käytettävien virtalähteiden on oltava joustavia ja myrkyttömiä, mutta silti riittävän tehokkaita tukemaan vaativia teknologioita, kuten lääkinnällisiä laitteita tai pehmeitä robotiikkalaitteita.

Tämän tasapainon saavuttamiseksi Penn Staten tutkijat hakivat inspiraationsa sähköankeriaasta.

Artikkelin vastaavan kirjoittajan Joseph Najemin mukaan tutkijat ovat aiemminkin hakeneet inspiraatiota pehmeiden energialähteiden kehittämiseen sähkökalojen, kuten ankeriaiden, biologiasta. Mutta useimmat olemassa niistä inspiroituneet laitteet tuottavat rajoitetusti tehoa ja vaativat toimiakseen mekaanisen tukirangan.

Näiden ongelmien ratkaisemiseksi tiimi muutti materiaalikemiaa valmistaakseen erittäin ohuita hydrogeelejä, jotka voivat tuottaa enemmän tehoa ilman mekaanisia tukia.

”Sähköankeriaan elektrosyytit ovat ultraohuita biologisia soluja, jotka pystyvät tuottamaan yli 600 voltin jännitteen lyhyessä purskeessa”, Najem sanoi. ”Ja nämä solut saavuttavat erittäin suuren tehotiheyden.”

Tiimi rakensi virtalähteensä pelkästään hydrogeelistä varmistaakseen, että akut pysyivät myrkyttöminä ja joustavina, ja silti niistä tuli tehokkaampia.

Linkouspinnoitusta käyttäen tiimi kerrosti neljä erilaista hydrogeeliseosta, joista jokainen oli vain 20 mikrometriä paksu. Tämä ohut geometria vähentää sisäistä vastusta, mikä on välttämätöntä suuren tehon tuottamiseksi säilyttäen samalla mekaanisen lujuuden ja joustavuuden, Najem selitti. "Tietojemme mukaan tämä on ensimmäinen kokonaan hydrogeeliliuokseen sijoitettu virtalähde, joka ei vaadi ulkoista tukea."

Heidän uusien virtalähteidensä tehotiheydet olivat noin 44 kW/m3 – korkeammat kuin aiemmin raportoiduilla hydrogeelipohjaisilla virtalähteillä, ja ne pystyivät antamaan tehokkaasti virtaa monimutkaisille laitteille, kuten implantoituja lääketieteellisiä antureille, pehmeitä robotiikkaohjaimille ja puettavalle elektroniikalle.

”Lisäksi nämä materiaalioptimoinnit mahdollistavat toiminnan äärimmäisissä olosuhteissa”, Lee sanoi. ”Kemiallisen glyserolin ansiosta hydrogeelivirtalähteet pysyvät toimivina jopa -80 celsiusasteessa jäätymättä.”

Materiaali myös pidättää vettä pidempään kuin perinteiset hydrogeelit. Vaikka tavalliset hydrogeelit voivat kuivua muutamassa minuutissa ja menettää johtavuuttaan, uusi koostumus voi pysyä kosteutettuna ilmassa päiviä, Najem sanoo yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Sähkörauskuista inspiroitu korkeajännitteinen generaattori

Sähköä molekyylien ja ionien tasolta

Pyrosähköä viruksista