植入這種新電池 人類就可以像電鰻那樣發(fā)電了嗎？ —— 文章正文2018-01-15
《大西洋月刊》近日發(fā)表文章，稱意大利科學(xué)家亞歷山德羅?沃爾特（Alessandro Volta）在1799年制作了世界上第一個(gè)合成電池，他的靈感就來自于電鰻。而現(xiàn)在，科學(xué)家又借鑒電鰻的生物特性，開發(fā)了一種軟電池，或許可以使用在下一代機(jī)器人中，以下為原文內(nèi)容。
成年電鰻有2米長(zhǎng)，其中80％的部分屬于“發(fā)電器官”，它由數(shù)千個(gè)特殊的肌肉細(xì)胞發(fā)電細(xì)胞組成，每個(gè)發(fā)電細(xì)胞只能產(chǎn)生一個(gè)很小的電壓，但是合在一起，就可以產(chǎn)生高達(dá)600伏的電壓，足以電倒一個(gè)人，甚至是一匹馬。沃爾特從電鰻身上獲得的靈感，讓他成為了19世紀(jì)的名人。
如今電池已經(jīng)是我們生活中的日常用品，但科學(xué)家仍然可以從電鰻的身上獲得靈感。弗里堡大學(xué)（University of Fribourg）的一個(gè)研究小組巧妙地模仿了鰻魚的發(fā)電器官，開發(fā)了一種新的電池。它由五顏六色的凝膠塊組成，像電鰻的發(fā)電細(xì)胞那樣排列起來。你只需將凝膠按壓在一起，就可以啟用這種電池了。
這個(gè)電池的特點(diǎn)就在于它是軟的，非常柔軟靈活，可能很適合下一代軟體機(jī)器人使用。而且由于它使用的材料不會(huì)傷害人體，所以下一代心臟起搏器、假肢和醫(yī)用植入物也可以用得上。如果有一天出現(xiàn)了能發(fā)電的隱形眼鏡，靠人體內(nèi)液體和鹽分運(yùn)行的起搏器，你也不用驚奇。
電鰻發(fā)電的原理
為了開發(fā)這種電池，團(tuán)隊(duì)成員湯姆-施羅德（Tom Schroeder）和安妮?古哈（Anirvan Guha）對(duì)電鰻的工作原理進(jìn)行了研究。
這種鰻魚的發(fā)電細(xì)胞是堆積在一個(gè)充滿流體的長(zhǎng)條空間中的。當(dāng)鰻魚處于休息狀態(tài)時(shí)，每個(gè)發(fā)電細(xì)胞就從正面和背面泵出正離子。產(chǎn)生了兩個(gè)相反的電壓，相互抵消了。但是在需要的時(shí)候，每個(gè)發(fā)電細(xì)胞的背面就會(huì)翻轉(zhuǎn)，從相反的方向泵出正離子，讓整個(gè)細(xì)胞產(chǎn)生一個(gè)微小的電壓。關(guān)鍵是，每個(gè)發(fā)電細(xì)胞都會(huì)同時(shí)進(jìn)行這個(gè)翻轉(zhuǎn)操作，所以這些微小的電壓加總起來就更加強(qiáng)大了。這就好像是鰻魚尾巴上有數(shù)千個(gè)小電池一樣。你可以這樣來理解：在鰻魚休息時(shí)，一半的小電池“安裝”方向是錯(cuò)誤的，但是鰻魚可以隨時(shí)把它們調(diào)整到正確的方向，將它們對(duì)齊。
研究小組最初想在實(shí)驗(yàn)室里仿造一個(gè)電鰻發(fā)電器官，但很快就發(fā)現(xiàn)這么做太復(fù)雜了。于是他們又考慮使用大堆薄膜來模仿層疊的發(fā)電細(xì)胞――但是這種嬌氣的材料難以滿足工程需要。如果一張薄膜破裂，這一整堆就不能用了。
新電池的原理
最后，研究小組選擇了一個(gè)更簡(jiǎn)單的方案。他們?cè)趦蓮埛珠_的基板上排列了一些凝膠塊。如圖所示，紅色凝膠塊中是鹽水，藍(lán)色凝膠中是淡水。離子本來應(yīng)該從前者流向后者，但卻無法從一個(gè)凝膠移動(dòng)到另一塊。而另一張基板上有綠色和黃色的凝膠塊，當(dāng)它們橋接在藍(lán)色和紅色凝膠塊之間的間隙時(shí)，就為離子提供了移動(dòng)的通道。
關(guān)鍵在于：綠色凝膠塊只允許正離子流過，而黃色凝膠塊只允許負(fù)離子通過。這意味著正離子只從一側(cè)流入藍(lán)色凝膠，而負(fù)離子則只能從另一側(cè)流入。這樣藍(lán)色凝膠上就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓，與發(fā)電細(xì)胞很相似。而且正如在發(fā)電細(xì)胞中一樣，每個(gè)凝膠只產(chǎn)生一個(gè)微小的電壓，但成千上萬的凝膠排成一排之后，就可以產(chǎn)生高達(dá)110伏的電壓了。
鰻魚的發(fā)電細(xì)胞是在接收到神經(jīng)元的信號(hào)后啟動(dòng)的。而在這種凝膠中，觸發(fā)器要簡(jiǎn)單得多――只需要將凝膠按壓到一起就行了。
使用這么多凝膠塊當(dāng)然很麻煩。但密歇根大學(xué)的工程師麥克斯?斯坦恩（Max Shtein）想出了一個(gè)巧妙的解決方案。將太陽(yáng)能電池板裝入衛(wèi)星需要使用一種特殊的折疊方式，斯坦恩借鑒這種方式，設(shè)計(jì)了一種方法，把一板凝膠折疊起來，讓正確顏色的凝膠塊以正確的順序接觸。這樣一來，該團(tuán)隊(duì)就可以在很小的空間內(nèi)產(chǎn)生同樣的電壓了――像隱形眼鏡那樣小的空間也可以。
“人體發(fā)電”尚無路線圖
目前來說，這種電池還需要你給它充電才能使用。充好之后，它們的供電時(shí)間可達(dá)幾個(gè)小時(shí)。然后就需要再次充電，讓它重新回到高鹽分和低鹽分凝膠交替的狀態(tài)。但研究團(tuán)隊(duì)表示，人體內(nèi)本來就有不同離子水平的液體儲(chǔ)存，有朝一日或許能夠利用它們來給這種電池充電。
到了那時(shí)候，你就有機(jī)會(huì)變成“電鰻俠”了嗎？一伸手就電倒一匹馬，這可能不太好想象，但是我們或許可以使用體內(nèi)的離子梯度來給微小的植入物提供動(dòng)力。該研究小組成員說，目前這還只是一個(gè)奇想，并沒有實(shí)際的路線圖?！昂芏嗍虑槎家?yàn)楦鞣N各樣的原因最后沒有行得通，所以我們也不希望太超前?！?/DIV>
(責(zé)任編輯： 來源： 時(shí)間：2018-01-15)
Keywords（關(guān)鍵詞）： 長(zhǎng)距離皮帶托輥傳輸機(jī)
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