Belut listrik, yang meluncur di sepanjang dasar tambak dan aliran berlumpur di lembah sungai Amazon dan Orinoco di Amerika Selatan, dapat menyebabkan kejutan yang cukup kuat untuk menjatuhkan seekor kuda dari kakinya. Kekuatan mereka berasal dari sel-sel yang disebut elektrosit yang mengeluarkan ketika belut sedang berburu atau merasa terancam.
Sekarang, para peneliti mengambil inspirasi dari belut ini (bukan secara teknis belut, tetapi sebagai sejenis ikan) untuk mengembangkan sumber daya baru yang suatu hari nanti dapat memberi daya pada perangkat listrik dalam tubuh manusia, seperti alat pacu jantung, sensor, dan prostetik. organ.
Belut listrik dapat menyinkronkan pengisian dan pemakaian ribuan sel dalam tubuh mereka secara bersamaan, kata Max Shtein, seorang ilmuwan bahan di University of Michigan yang bekerja pada penelitian.
"Jika Anda berpikir untuk melakukan itu dengan sangat cepat - [dalam] sepersekian detik - untuk ribuan sel secara bersamaan, itu adalah skema pengkabelan yang agak pintar, " katanya.
Electrocytes dari belut listrik besar dan datar, dengan ratusan ditumpuk bersama secara horizontal. Karena cara mereka ditumpuk, tegangan individu kecil sel menambah tendangan yang signifikan. Ini dimungkinkan karena jaringan di sekitarnya mengisolasi elektrosit sehingga tegangan mengalir maju ke air di depan ikan - memukau atau membunuh mangsa atau ancaman - kemudian mengalir kembali untuk membuat rangkaian lengkap.
Sebuah tim yang dipimpin oleh kolaborator Shtein Michael Meyer di University of Fribourg mencoba meniru fisiologi belut dengan menciptakan sekitar 2.500 unit yang terbuat dari natrium dan klorida yang dilarutkan dalam hidrogel berbasis air. Mereka mencetak barisan kancing hidrogel kecil beraneka warna di atas lembaran plastik panjang, berganti-ganti hidrogel asin dengan yang dibuat hanya dengan air. Mereka kemudian mencetak lembar kedua hidrogel selektif-muatan, masing-masing memungkinkan baik natrium bermuatan positif atau gel klorida bermuatan negatif untuk melewatinya. Ketika lembaran dilipat, menggunakan teknik origami khusus, gel bergantian menyentuh dan menghasilkan listrik. Sistem ini menghasilkan 110 volt - sentakan yang layak, tetapi jauh lebih kecil dari output daya belut, yang memiliki sel yang lebih tipis dan memiliki resistansi yang lebih rendah.
Hidrogel selektif-isi di atas selembar hidrogel saline (merah) dan air tawar (biru) (University of Michigan) Tim tersebut, yang juga termasuk peneliti dari University of Fribourg dan University of California, San Diego, menulis tentang prototipe mereka di jurnal Nature bulan lalu.
Sistem hidrogel lunak dan fleksibel, yang dapat membuatnya menjadi sumber daya yang berpotensi bagus untuk robot bertubuh lunak yang pergerakannya akan terhambat oleh baterai yang keras. Ini juga bebas dari bahan-bahan baterai tradisional yang berpotensi beracun, seperti timbal. Dan karena sistem ini dibuat dari komponen buatan daripada jaringan biologis, ia memiliki potensi rendah untuk penolakan kekebalan tubuh.
Para peneliti berharap mereka dapat meningkatkan kekuatan sistem dengan membuat membran hidrogel lebih tipis. Mereka juga berharap meniru kemampuan belut untuk menggunakan cairan tubuhnya sendiri untuk mempertahankan perbedaan konsentrasi elektrolit di antara elektrokit. Ini bisa memungkinkan daya perangkat yang ditanamkan secara permanen tanpa input eksternal.
“Keindahan baterai bio belut listrik adalah bahwa prinsip-prinsip yang digunakannya sederhana dan partikel bermuatan yang bergerak untuk menghasilkan arus mudah didapat — pada dasarnya hanya ion dalam larutan seperti garam meja — yang terjadi secara alami di tubuh kita, ” kata Harold Zakon, seorang profesor ilmu saraf di University of Texas di Austin yang mempelajari belut listrik. "Karena sel-sel organ listrik diisi dengan memindahkan ion melintasi membran sel, mereka tidak akan pernah harus dicolokkan ke dinding atau sumber daya eksternal, tetapi akan bergantung pada energi tubuh sendiri untuk menjaga mereka tetap diisi."
