Ngjalat elektrike frymëzojnë bateritë e reja pelte për robotikë të butë, pajisje që vishen

Të frymëzuar nga aftësitë e goditjes elektrike të ngjalave elektrike, shkencëtarët kanë zhvilluar një bateri “pelte” të butë dhe të shtrirë, ideale për pajisje të veshura ose robotikë të butë, sipas një punimi të ri të botuar në revistën Science Advances. Me testime të mëtejshme në organizmat e gjallë, bateritë mund të jenë edhe të dobishme si implante truri për shpërndarjen e synuar të barnave për të trajtuar epilepsinë, ndër kushte të tjera.

Siç është raportuar më parë, ngjala elektrike prodhon shkarkimet e saj elektrike të nënshkrimit – tensione të ulëta dhe të larta, në varësi të qëllimit të shkarkimit – nëpërmjet tre palëve të organeve të barkut të përbëra nga qeliza muskulore të modifikuara të quajtura elektrocite, të vendosura në mënyrë simetrike përgjatë të dy anëve të ngjalës. Truri dërgon një sinjal tek elektrocitet, duke hapur kanalet jonike dhe duke ndryshuar shkurtimisht polaritetin. Diferenca në potencialin elektrik gjeneron më pas një rrymë, shumë si një bateri me pllaka të grumbulluara.

Biologu dhe neuroshkencëtari i Universitetit Vanderbilt, Kenneth Catania, është një nga shkencëtarët më të shquar që studion ngjalat elektrike këto ditë. Ai ka zbuluar se krijesat mund të ndryshojnë shkallën e tensionit në shkarkimet e tyre elektrike, duke përdorur tensione më të ulëta për qëllime gjuetie dhe tensione më të larta për të trullosur dhe vrarë gjahun. Këto tensione më të larta janë gjithashtu të dobishme për gjurmimin e gjahut të mundshëm, ngjashëm me mënyrën se si lakuriqët e natës përdorin ekolokimin. Një specie, ngjala elektrike e Voltës ( Electrophorus voltai ), mund të prodhojë një shkarkim deri në 860 volt. Teorikisht, nëse 10 ngjala të tilla shkarkohen në të njëjtën kohë, ato mund të prodhojnë deri në 8600 volt energji elektrike—të mjaftueshme për të fuqizuar 100 llamba.

Për aplikimet e robotikës së butë ose të elektronikës të veshur, kërkohen pajisje të buta dhe elastike me veti elektronike të ngjashme me indet. Megjithatë, “Është e vështirë të dizenjosh një material që është shumë i shtrirë dhe shumë përçueshëm pasi këto dy veti normalisht janë në kundërshtim me njëra-tjetrën,” tha bashkëautori Stephen O’Neill nga Universiteti i Kembrixhit. “Në mënyrë tipike, përçueshmëria zvogëlohet kur një material shtrihet.” Kështu ai dhe kolegët e tij vendosën të modelonin modelin e tyre të baterisë me pelte në strukturën e shtresave të elektrociteve të ngjalës elektrike. Ndërsa elektronika konvencionale përdor materiale të ngurtë me elektrone për të mbajtur ngarkesat, kjo bateri do të përdorte jone si bartës të ngarkesës, si ngjalat elektrike.

Hidrogelet – rrjete polimeresh 3D të përbëra nga 60 për qind ujë – ishin zgjedhja e dukshme pasi ato japin aftësinë për të kontrolluar me saktësi vetitë mekanike dhe mund të imitojnë lëkurën e njeriut. Zakonisht janë bërë nga polimere të ngarkuar neutralisht, por O’Neill et al. shtoi një ngarkesë në polimerët e tyre, duke ndryshuar përbërësin e kripës për t’i bërë ato mjaft ngjitëse për t’u shtrënguar së bashku në shtresa të shumta. Kjo krijon një potencial më të madh energjie.

Ngjitshmëria e hidrogeleve vjen nga lidhjet e kthyeshme që formohen midis shtresave të ndryshme, falë molekulave në formë fuçi që veprojnë paksa si “pranga molekulare”, sipas autorëve. Pra, bateritë pelte mund të shtrihen pa i ndarë shtresat dhe pa ndonjë humbje të përçueshmërisë. Për më tepër, “Ne mund të personalizojmë vetitë mekanike të hidrogeleve në mënyrë që ato të përputhen me indet njerëzore,” tha bashkëautori Oren Scherman. “Meqenëse ato nuk përmbajnë përbërës të ngurtë si metali, një implant hidrogel do të kishte shumë më pak gjasa të refuzohej nga trupi ose të shkaktonte grumbullimin e indeve të mbresë.” Kjo i bën ata premtues për aplikime të ardhshme biomjekësore.

Në kërkimin e lidhur, një punim i ri i botuar në revistën ACS Energy Letters përshkroi fabrikimin e një baterie litium-jon me përbërës të shtrirë, duke përfshirë një shtresë elektrolite që mund të zgjerohet me 5000 përqind. Bateria mund të ruajë kapacitetin e saj të ruajtjes së karikimit pas afro 70 cikleve të ngarkimit/shkarkimit. Në vend që të përdornin një elektrolit të lëngshëm, një ekip shkencëtarësh kinezë e inkorporuan elektrolitin në një shtresë polimeri të shkrirë midis dy filmave fleksibël të elektrodës.

Elektrodat përbëheshin nga një shtresë e hollë paste përçuese e ngulitur me nanotela argjendi, karbon të zi dhe materiale katodë ose anodë me bazë litiumi në një pjatë. Ata aplikuan një shtresë polidimetilsiloksani fleksibël (e përdorur në lentet e kontaktit) në majë të pastës, e ndjekur nga një kripë litiumi, lëng shumë përçues dhe përbërës polimer elastik. Kur zbuten me dritë, të gjithë ata komponentë formuan një shtresë të fortë elastike në formë gome që mund të transportonte ende jone litium. Kjo u mbulua me një film tjetër elektrodë dhe e gjithë pajisja u mbyll më pas në një shtresë mbrojtëse. Kjo bateri kishte një kapacitet mesatar karikimi afërsisht gjashtë herë më të lartë me një shpejtësi të shpejtë karikimi sesa një pajisje e ngjashme me një elektrolit tradicional të lëngët.