ED Yong日前揭橥了一篇名為A New Kind of Soft Battery, Inspired by the Electric Eel的文章，引見(jiàn)了如今剛研收回來(lái)的一種模擬電鰻發(fā)機(jī)電制的軟體電池，讓人不由感嘆天然界的奇異。
1799年，意年夜利迷信家Alessandro Volta（伏特）用鋅和銅做了一個(gè)手臂長(zhǎng)度的電池堆，鋅和銅是用鹽浸的紙殼離開(kāi)的。這個(gè)“電流堆”是世界上第一個(gè)分解電池，然則Volta的設(shè)計(jì)基本卻很陳舊——電鰻的身材。
電鰻可以經(jīng)由過(guò)程發(fā)電器官來(lái)自我發(fā)電，發(fā)電器官占到了其兩米長(zhǎng)身材的80%。發(fā)電器官含稀有千個(gè)特別的肌肉細(xì)胞，名為發(fā)電細(xì)胞。每一個(gè)細(xì)胞可以發(fā)生一個(gè)小小的電壓，然則合在一路，這些細(xì)胞可以發(fā)生600伏閣下的電壓，足以電逝世一小我，乃至一匹馬。這些細(xì)胞也使Volta在電池研發(fā)中有了更多思緒，也讓他享譽(yù)盛名。
兩個(gè)世紀(jì)以后的明天，電池曾經(jīng)成了弗成或缺的日用品。但即便是如今，電鰻還在為迷信家供給靈感。在弗里堡年夜學(xué)，由Michael Mayer率領(lǐng)的科研部隊(duì)發(fā)明了一種新的動(dòng)力源，模擬的就是電鰻的發(fā)電器官。其含有多種色彩的凝膠塊，呈長(zhǎng)條分列，很像電鰻的發(fā)電細(xì)胞。想翻開(kāi)電池，只須要一路按壓這些凝膠。
與傳統(tǒng)電池分歧，這個(gè)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的電池又軟又靈巧，能夠會(huì)為下一代的軟體機(jī)械人供能。由于資料更貼合人體，電池也能夠用于制作下一代的起搏器、修復(fù)物資和醫(yī)學(xué)植入物。想象一下，今后有電隱形眼鏡的靈感居然來(lái)自于一條魚。
為了研制這類分歧平常的電池，團(tuán)隊(duì)成員Tom Schroeder和Anirvan Guha在開(kāi)端時(shí)瀏覽了年夜量關(guān)于電鰻發(fā)電細(xì)胞若何運(yùn)作的材料。這些細(xì)胞以長(zhǎng)條狀堆疊，細(xì)胞之間被液體填充。就似乎把抹了蜂蜜的薄餅一層一層堆起來(lái)，堆到很高，然后把它放倒，就和這個(gè)電池很像了。
電鰻歇息的時(shí)刻，每一個(gè)發(fā)電細(xì)胞都邑把陽(yáng)離子從后頭和正面泵出去，發(fā)生兩個(gè)相反的電壓，相互抵消。但電鰻須要電的時(shí)刻，發(fā)電細(xì)胞的后頭就會(huì)翻過(guò)去，向相反的偏向泵出陽(yáng)離子，就會(huì)發(fā)生一點(diǎn)電壓。癥結(jié)的是，每一個(gè)發(fā)電細(xì)胞都邑同時(shí)完成這個(gè)操作，所以加起來(lái)的電壓是非常高的。就似乎電鰻的尾巴里有幾千個(gè)小電池，個(gè)中有一半的偏向是反的，然則它們可以同時(shí)翻轉(zhuǎn)，發(fā)生電壓。“這的確太奇異了，” Schroeder說(shuō)。
他和同事原來(lái)想在試驗(yàn)室里重塑全部發(fā)電器官，然則很快就認(rèn)識(shí)到那太龐雜了。以后，他們想到可以制作年夜量的細(xì)胞膜來(lái)模擬發(fā)電細(xì)胞堆，然則這些資料沒(méi)法年夜量操作，由于假如一個(gè)破了，全部體系就會(huì)停擺。Schroeder說(shuō)：“如許會(huì)碰到‘串連小燈膽’的成績(jī)，一個(gè)燈膽壞了，一串燈膽都不亮了。”
最初，他和Guha選了更簡(jiǎn)略的一種拆卸方法，在兩片板材上分列放置凝膠塊。請(qǐng)看下圖中的底板，白色凝膠含有鹽水，藍(lán)色的含有海水，離子可以從白色凝膠流到藍(lán)色凝膠，然則因?yàn)槟z是疏散的，所以離子其實(shí)不能活動(dòng)。當(dāng)另外一塊板材上的綠色和黃色凝膠橋連上紅藍(lán)凝膠之間的裂縫時(shí)，離子就有了挪動(dòng)的通道。
兇猛的處所來(lái)了：綠色凝膠塊只許可陽(yáng)離子經(jīng)由過(guò)程，黃色的只許可陰離子經(jīng)由過(guò)程。也就是說(shuō)陽(yáng)離子只能從一邊流入藍(lán)色凝膠，陰離子則從另外一邊流入，藍(lán)色凝膠四周就會(huì)發(fā)生電壓，就像發(fā)電細(xì)胞一樣，并且每一個(gè)凝膠塊會(huì)發(fā)生一個(gè)小電壓，然則數(shù)以千計(jì)的凝膠塊成行分列，最高可發(fā)生110伏的電壓。
在電鰻神經(jīng)元收回旌旗燈號(hào)后，電鰻的發(fā)電細(xì)胞就會(huì)開(kāi)端放電。然則Schroeder的電池開(kāi)關(guān)就簡(jiǎn)略許多了，只需把凝膠積存在一路便可以。
承載凝膠的板材過(guò)年夜會(huì)很不便利。然則密歇根年夜學(xué)的工程師Max Shtein提出了一個(gè)聰慧的處理方法——折紙。用把太陽(yáng)能板放進(jìn)衛(wèi)星的折疊方法來(lái)折疊凝膠板，然后把每一個(gè)色彩的次序排好，如許全部電池所占的空間就會(huì)小許多，年夜小只要隱形眼鏡那末年夜，說(shuō)不定哪無(wú)邪的可以佩帶到身上。
但對(duì)如今來(lái)講，這類電池必需要具有充電功效。電池一旦激活，可以供電幾小時(shí)，以后全部凝膠中的離子會(huì)趨于均衡，電池也就沒(méi)電了。以后你須要把電池通上電，讓凝膠回到高鹽度和低鹽度分列的狀況。但Schroeder指出我們的身材會(huì)連續(xù)地彌補(bǔ)離子含量分歧的液體，也許有朝一日我們可以應(yīng)用這些液體來(lái)制作電池。
主要的是，這會(huì)讓人體變得像電鰻一樣。我們不太能夠會(huì)電逝世其別人，然則我們可以應(yīng)用體內(nèi)的離子原料為小的植入物供能。固然，Schroeder還說(shuō)這只是一個(gè)初步的假想，并沒(méi)有一個(gè)現(xiàn)實(shí)的籌劃。他說(shuō)：“許多器械由于許多緣由沒(méi)法完成，所以我也不想抱有太年夜的希冀。”
范德堡年夜學(xué)的Ken Catania花了許多年來(lái)研討電鰻的生物學(xué)道理，他以為這個(gè)假想也不是不公道。“Volta的電池不只僅可以裝進(jìn)手機(jī)里，你看如今，我們都曾經(jīng)離不開(kāi)電池了，”他說(shuō)。“汗青能夠會(huì)再現(xiàn)。”
他彌補(bǔ)道：“我很驚奇電鰻能為迷信屆帶來(lái)這么多進(jìn)獻(xiàn)，這對(duì)根本的迷信價(jià)值不雅來(lái)講，是一個(gè)很好的典范。” Schroeder只在植物園里見(jiàn)過(guò)電鰻，但他想有一天去親身看看電鰻。“我歷來(lái)沒(méi)被電鰻電過(guò)，但我認(rèn)為我應(yīng)當(dāng)被電一下嘗嘗，”他說(shuō)。
