Dalam film The Matrix, manusia yang jinak dan setengah sadar (spoiler) digunakan sebagai baterai untuk tenaga mekanik yang hebat. Meskipun prinsip ini jelas-jelas dibuat-buat, biobatere adalah nyata. Dalam edisi terbaru dari Advanced Science News, para ilmuwan di Universitas Negeri New York-Binghamton menggambarkan cara baru untuk menggunakan bakteri sebagai baterai untuk sensor kecil. Sementara biobatteries telah digunakan untuk elektronik berdaya rendah, mereka tidak pernah sederhana atau cukup efisien untuk digunakan secara luas. Jadi kelompok Binghamton telah mengembangkan cara baru, lebih mudah, untuk membuat dan mendistribusikan sel bahan bakar mikroba, yang dikenal sebagai MFC, menggunakan selembar kertas dan bakteri beku-kering yang dapat diaktifkan hanya dengan sedikit air liur.
Tujuan penting dari MFC, terutama yang berbasis kertas, adalah untuk memungkinkan penggunaan elektronik berdaya rendah, terutama sensor, ketika baterai biasa menghabiskan banyak biaya dan terlalu mahal. Ini tidak akan mengisi daya ponsel siapa pun, tetapi mereka akan mengeluarkan daya yang cukup untuk menjalankan LED, atau lebih mungkin, sensor diagnostik yang dapat digunakan untuk mendeteksi HIV atau kanker, memantau glukosa, dan banyak lagi.
"[MFC] dapat digunakan di lingkungan terbatas sumber daya, seperti negara berkembang, " kata pencipta Seokheun "Sean" Choi, asisten profesor teknik listrik dan komputer di Binghamton. “Namun, masalahnya adalah kekuatan. Kami tidak dapat menggunakan baterai yang tersedia secara komersial atau teknologi pemanenan energi baru-baru ini karena terlalu boros dan terlalu mahal untuk penggunaan sekali pakai, biosensor sekali pakai. ”
Shewanella oneidensis, bakteri yang digunakan oleh tim Choi, sering digunakan dalam nanoteknologi, karena kemampuannya untuk mengurangi logam dan hidup di lingkungan yang miskin oksigen. Reduksi inilah, di mana ion positif dipisahkan dari ion negatif, yang membuat sel dua mikrometer memanjang berguna dalam biobatteries — hasilnya adalah partikel bermuatan gratis yang dapat digunakan sebagai kekuatan.
Seperti baterai biasa, biobattery bekerja dengan memisahkan terminal bermuatan positif (disebut katoda) dari terminal bermuatan negatif (anoda). Saat bakteri mencerna sumber makanan (biasanya glukosa), fungsi pernapasannya melepaskan elektron dan proton, yang dapat digunakan sebagai energi.
"Jika kita merekayasa lingkungan mereka sehingga oksigen terbatas, dan kemudian kita menyediakan elektroda padat, maka kita dapat menangkap elektron-elektron itu, " kata Choi.
Inovasi Choi berkaitan dengan struktur MFC kertas. Bagaimana, ia bertanya, dapatkah Anda membuat biobattery kertas murah yang mampu memberi daya pada sensor elektronik sederhana, tetapi juga mudah digunakan dan diangkut? Solusi-nya menggunakan beberapa teknik baru, terutama pengeringan beku dan lipat.
Struktur baterai dibentuk dari selembar kertas kromatografi, dibagi menjadi beberapa garis lipatan. Satu bagian, terbuat dari perak nitrat dan ditutupi oleh lilin, membentuk katoda. Bagian lain dari polimer konduktif bertindak sebagai anoda, dan yang ketiga berisi reservoir untuk bakteri dan sumber energinya. Choi mengisi reservoir dengan bakteri dan membeku-mengeringkannya. Dengan cara ini, mereka dapat diangkut atau disimpan hingga dua minggu.
Untuk menggunakannya, cukup ludahkan ke reservoir dan lipat ke tengah katoda dan anoda. Ya, meludah; yang diperlukan hanyalah sedikit bahan organik agar bakteri bisa hidup, dan air liur mengandung glukosa. Bisa jadi apa saja, tetapi air liur umumnya tersedia dan kurang disukai dibandingkan beberapa alternatif.
Pekerjaan Choi adalah bagian dari bidang papertronics yang berkembang dan penting. (Universitas Binghamton) Aaron Mazzeo, asisten profesor teknik mesin dan kedirgantaraan di Rutgers, membuat papertronics untuk antarmuka manusia-mesin yang fleksibel — hal-hal seperti perangkat kertas yang dapat dipakai untuk memantau keringat untuk kortisol, indikator stres. Baterai seperti Choi bisa menjadi sumber listrik yang dia butuhkan.
"Kami akan terus memiliki tantangan yang berkelanjutan dalam menyediakan daya untuk perangkat ini, " kata Mazzeo. “Memiliki kekuatan listrik memungkinkan Anda untuk melakukan diagnosa, tetapi juga berpotensi memperkuat sinyal, sehingga Anda mungkin dapat mendeteksi jumlah yang lebih kecil. Ini adalah jalan keluar di masa depan, tetapi hal semacam ini bisa berguna untuk tidak hanya mengukur kortisol, tetapi mungkin bahkan hal-hal seperti kolesterol atau alkohol atau penanda klinis lain yang relevan dalam darah, urin atau keringat. "
Baik karya Mazzeo dan Choi adalah bagian dari bidang papertronik yang berkembang dan penting. Para ilmuwan menemukan semakin banyak cara yang lebih baik untuk meletakkan sirkuit, kapasitor, baterai, dan bahkan sel surya dan antarmuka pengguna (seperti yang dilakukan kelompok Mazzeo) di atas kertas. Sebelum pekerjaan Choi, baterai yang menjalankan semua aplikasi ini adalah urusan rumit yang terdiri dari beberapa lembar kertas yang harus dipasangkan dengan tepat.
"Saya pikir ada potensi nyata untuk bidang ini untuk berkontribusi pada upaya masyarakat yang berkelanjutan dalam stabilitas lingkungan, keselamatan, komunikasi, kesehatan dan kinerja, " kata Mazzeo.
Tapi selalu ada kebutuhan untuk menghidupkan elektronik itu, jadi Choi masih ingin membuat baterainya lebih kuat dan efisien, dan untuk itu dia sedang menyelidiki berbagai cara melipat dan menumpuknya, serta merekayasa bakteri untuk menjadi penghasil daya yang lebih baik.
