Gelé-klumpene er farget med fruktfarge for å vise prinsippet – de kunne like godt være gjennomsiktige.  (Foto: T. Schroeder & A. Guha)
Gelé-klumpene er farget med fruktfarge for å vise prinsippet – de kunne like godt være gjennomsiktige. (Foto: T. Schroeder & A. Guha)

Ny strømkilde er inspirert av elektriske åler

I fremtiden kan elektroniske implantater og myke roboter kanskje drives av fleksible og ufarlige batterier som etterligner den elektriske ålens måte å lage strøm på.

Publisert

Elektriske åler svømmer rundt med naturlige kraftverk som kan frembringe voldsomme elektriske støt på mer enn 600 volt.

Det hadde vært smart hvis vi mennesker også kunne hatt slike elektriske organer. Da kunne vi drevet elektronikken i sensorer som kunne overvåke helsen vår eller på sikt levere strøm til avanserte proteser som for eksempel kunstige, høyteknologiske hender.

Hvis vi kunne lagd strømkilder som virker på samme måte, kunne vi også brukt dem i myke, fleksible roboter.

Så det er ikke rart at forskere fra USA og Sveits nå har latt seg inspirert av det fantastiske kraftverket evolusjonen har frembrakt hos den elektriske ålen.

– Det er ekstremt relevant forskning i forhold til myke roboter. Her er det nettopp en utfordring å erstatte de harde komponentene vi normalt bruker til elektronikk med myke varianter. Og det gjelder ikke minst batterier, sier doktorgradsstudent Jonas Jørgensen, som forsker på myke roboter ved IT-universitet i København.

Først til sensorer

I en artikkel i det vitenskapelige tidsskriftet Nature beskriver forskerne hvordan de har produsert et mykt, fleksibelt og gjennomsiktig elektrisk organ av materialer de kan forestille seg implantert i kroppen.

– I første omgang kan teknologien vår brukes i implanterte sensorer som overvåker helsen vår – sensorer med veldig lavt strømforbruk, skriver Michael Mayer fra universitet i Fribourg i Sveits i en e-post. Han er professor i biofysikk og sto i spissen for forskergruppen bak oppfinnelsen.

– Senere kan man kombinere sensorene med små pumper som for eksempel kan levere insulin til diabetikere.

Gelé-klumper leverer strømmen

Når de ulike gelé-klumpene kommer i kontakt med hverandre, kan ioner vandre og skape en spenningsforskjell. (Illustrasjon: Schroeder et al./Nature)
Når de ulike gelé-klumpene kommer i kontakt med hverandre, kan ioner vandre og skape en spenningsforskjell. (Illustrasjon: Schroeder et al./Nature)

Strømkilden er bygget opp av små geléaktige klumper på ark av plast. Forskerne bruker fire av disse såkalte hydrogeléene, som har ulike elektriske ladninger og ulikt innhold av vanlig kjøkkensalt.

Når klumpene kommer i kontakt med hverandre, begynner atomer med elektrisk ladning – ioner – å røre på seg. Når det skjer, bygges det opp en spenningsforskjell som kan drive en elektrisk strøm. Hos ålen skjer noe lignende i spesielle celler som kalles elektrocytter.

Ved å seriekoble 2449 gelé-klatter har forskerne demonstrert en spenningsforskjell på 110 volt.

Forskerne har også eksperimentert med ulike måter å bringe klumpene i nærkontakt med hverandre. For eksempel har de brukt en sammenfoldningsmetode som er utviklet til å solpaneler på satellitter.

Myke og ufarlige

Så kan man spørre seg hva det smarte ved et slikt «batteri» er, når det allerede finnes litium-ion-batterier som også kan være tynne og bøyelige. Mayer svarer:

– Strømkilden vår kan produseres av ufarlige hydrogelmaterialer og saltoppløsninger. Det er ikke behov for brannfarlige eller giftige metaller. Dessuten er den gjennomsiktig, myk, smidig og formbar.

Han innrømmer at det er en utfordring at strømkilden ikke kan romme like mye energi som et vanlig batteri:

– Når det gjelder energitetthet, er det ikke like kraftig som litiumbatterier.

Ålen er langt foran

Når det kommer til effekten – hvor mange watt som kan leveres – er forskerne også langt etter ålen. Ålen kan produsere 13,6 watt per kvadratmeter, mens gelé-cellene foreløpig produsere 0,027 watt per kvadratmeter.

– Den kunstige strømkilden klarer to promille av det en elektrisk ål klarer. Det er langt igjen før vi kan bruke teknologien i roboter i den virkelige verden, men det er en spennende vei å gå, sier Jørgensen.

Forskerne har forsøkt å folde sammen ark med gele-klatter slik at energitettheten blir så høy som mulig. (Foto: T. Schroeder <span class="amp">&amp;</span> A. Guha)
Forskerne har forsøkt å folde sammen ark med gele-klatter slik at energitettheten blir så høy som mulig. (Foto: T. Schroeder & A. Guha)

Ålen ligger også foran når det kommer til gjenbruk. «Batteriet» til ålen blir nemlig gjenoppladet i ålens kropp.

Den kunstige strømkilden kan også gjenopplades, men da må den kobles til en annen strømkilde. Det beste ville være å hente energi fra kroppen selv.

Mye gjenstår

– Vi må finne ut hvordan strømkilden kan bli gjenoppladet i kroppen, og vi må sørge for at den er trygg. Det er fortsatt mye som må gjøres, skriver Michael Mayer.

– Ålen viser oss at en levende organisme kan frembringe betydelig elektrisk strøm innenfra. Vi har demonstrert mange skritt mot å kunne gjøre det samme.

Referanse:

T.B.H. Schroeder mfl: «An electric-eel-inspired soft power source from stacked hydrogels», Nature (2017), DOI: 10.1038/ Sammendrag

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.