受电鳗启发的“软体电池”,为下一代软体机器

2020-07-20

受电鳗启示的“软体电池”,为下一代软体机器人供能

EDYong日前宣布了一篇名为ANewKindofSoftBattery,InspiredbytheElectricEel的文章,介绍了现在刚研宣布来的一种仿照电鳗发电机制的软体电池,让人不由慨叹自然界的奇特。

1799年,库卡机器人,意大利科学家AlessandroVolta用锌和铜做了一个手臂长度的电池堆,锌和铜是用盐浸的纸壳分隔的。这个电流堆是世界上第一个组成电池,可是Volta的规划根底却很陈旧电鳗的身体。

电鳗能够经过发电器官来自我发电,发电器官占到了其两米长身体的80%。发电器官含有数千个特别的肌肉细胞,名为发电细胞。每个细胞能够发生一个小小的电压,可是合在一同,这些细胞能够发生600伏左右的电压,足以电死一个人,乃至一匹马。这些细胞也使Volta在电池研发中有了更多思路,也让他享誉盛名。

两个世纪之后的今日,电池现已成为了不可或缺的日用品。但即使是现在,电鳗还在为科学家供给创意。在弗里堡大学,由MichaelMayer带领的科研部队发明了一种新的动力源,仿照的便是电鳗的发电器官。其含有多种色彩的凝胶块,呈长条摆放,很像电鳗的发电细胞。想翻开电池,只需求一同按压这些凝胶。

与传统电池不同,这个团队规划的电池又软又灵敏,或许会为下一代的软体机器人供能。由于资料更贴合人体,库卡机器人驱动器修理,电池也或许用于制作下一代的起搏器、修正物质和医学植入物。幻想一下,今后有电隐形眼镜的创意居然来自于一条鱼。

为了研发这种不同寻常的电池,团队成员TomSchroeder和AnirvanGuha在开端时阅读了许多关于电鳗发电细胞怎么运作的资料。这些细胞以长条状堆叠,细胞之间被液体填充。就好像把抹了蜂蜜的薄饼一层一层堆起来,堆到很高,然后把它放倒,就和这个电池很像了。

电鳗歇息的时分,每个发电细胞都会把阳离子从反面和正面泵出去,发生两个相反的电压,相互抵消。但电鳗需求电的时分,发电细胞的反面就会翻过来,向相反的方向泵出阳离子,就会发生一点电压。要害的是,每个发电细胞都会一起完结这个操作,所以加起来的电压是非常高的。就好像电鳗的尾巴里有几千个小电池,其中有一半的方向是反的,可是它们能够一起翻转,发生电压。这简直太奇特了,Schroeder说。

他和搭档原本想在试验室里重塑整个发电器官,可是很快就意识到那太杂乱了。之后,他们想到能够制作许多的细胞膜来仿照发电细胞堆,可是这些资料无法许多操作,由于假如一个破了,整个体系就会停摆。Schroeder说:这样会遇到 串联小灯泡 的问题,一个灯泡坏了,一串灯泡都不亮了。

最终,他和Guha选了更简略的一种安装方法,在两片板材上摆放放置凝胶块。请看下图中的底板,赤色凝胶含有盐水,蓝色的含有淡水,离子能够从赤色凝胶流到蓝色凝胶,可是由于凝胶是涣散的,所以离子并不能活动。当另一块板材上的绿色和黄色凝胶桥连上红蓝凝胶之间的缝隙时,离子就有了移动的通道。

凶猛的当地来了:绿色凝胶块只允许阳离子经过,黄色的只允许阴离子经过。也便是说阳离子只能从一边流入蓝色凝胶,阴离子则从另一边流入,蓝色凝胶周围就会发生电压,就像发电细胞相同,并且每个凝胶块会发生一个小电压,可是数以千计的凝胶块成行摆放,最高可发生110伏的电压。

在电鳗神经元宣布信号后,电鳗的发电细胞就会开端放电。可是Schroeder的电池开关就简略许多了,只要把凝胶积压在一同就能够。

承载凝胶的板材过大会很不便利。可是密歇根大学的工程师MaxShtein提出了一个聪明的解决办法折纸。用把太阳能板放进卫星的折叠方法来折叠凝胶板,然后把每个色彩的次序排好,这样整个电池所占的空间就会小许多,巨细只要隐形眼镜那么大,说不定哪天真的能够佩带到身上。

但对现在来说,这种电池必需要具有充电功用。电池一旦激活,能够供电几小时,之后整个凝胶中的离子会趋于平衡,电池也就没电了。之后你需求把电池通上电,让凝胶回到高盐度和低盐度摆放的状况。但Schroeder指出咱们的身领会继续地弥补离子含量不同的液体,或许有朝一日咱们能够使用这些液体来制作电池。

重要的是,这会让人体变得像电鳗相同。咱们不太或许会电死其他人,可是咱们能够使用体内的离子质料为小的植入物供能。当然,Schroeder还说这仅仅一个开始的想象,KUKA机器人示教器修理,并没有一个实践的方案。他说:许多东西由于许多原因无法完成,所以我也不想抱有太大的希望。

范德堡大学的KenCatania花了许多年来研讨电鳗的生物学原理,他以为这个想象也不是不合理。Volta的电池不仅仅能够装进手机里,你看现在,咱们都现已离不开电池了,他说。前史或许会再现。

他弥补道:我很惊奇电鳗能为科学届带来这么多奉献,这对根本的科学价值观来说,是一个很好的典范。Schroeder只在动物园里见过电鳗,但他想有一天去亲身看看电鳗。我历来没被电鳗电过,但我觉得我应该被电一下试试,他说。

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