Las anguilas eléctricas inspiran un nuevo tipo de fuente de energía

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anguila eléctrica

Los dispositivos tipo batería imitan cómo se acumula una carga en las células del animal

Las nuevas fuentes de energía tienen un parecido sorprendente con los órganos productores de electricidad dentro de las anguilas eléctricas.

Estos órganos artificiales de anguila eléctrica están formados por mezclas de polímeros a base de agua llamadas hidrogeles. Dichos dispositivos blandos, flexibles y similares a las baterías, descritos en línea el 13 de octubre en Nature, podrían alimentar a robots blandos o a la tecnología implantable y portátil de la próxima generación.

"Es un enfoque muy inteligente" para la construcción de fuentes de energía potencialmente biocompatibles y respetuosas con el medio ambiente y "tiene un brillante futuro para la comercialización", dice Jian Xu, un ingeniero de la Universidad Estatal de Louisiana en Baton Rouge que no participó en el trabajo.

Este nuevo tipo de fuente de energía se modela con filas de células llamadas electrocitos en el órgano eléctrico que corre a lo largo del cuerpo de una anguila eléctrica. Cuando una anguila mata a su presa, átomos de potasio y sodio cargados positivamente dentro y entre estas células fluyen hacia la cabeza de la anguila, haciendo que el extremo frontal de cada electrodo sea positivo y el extremo negativo.

Esta configuración crea un voltaje de aproximadamente 150 milivoltios en cada celda. Los voltajes de estos electrocitos se suman, como una alineación de baterías AAA alimentando una linterna, explica Michael Mayer, un biofísico de la Universidad de Friburgo en Suiza. Colectivamente, los electrocitos de una anguila pueden generar cientos de voltios.

Mayer y sus colegas inventaron cuatro hidrogeles que, cuando se ponen en fila en un orden particular, imitan la función de un electrocito. Los investigadores idearon un par de estrategias para encadenar una célula artificial de cuatro geles a otras células. Una técnica consistía en imprimir rejillas de hidrogel sobre dos láminas de poliéster y luego colocar una hoja sobre otra para que los hidrogeles se entrecruzaran como los dientes de la cremallera. Alternativamente, imprimieron todos los hidrogeles en una sola hoja y luego la doblaron apilando los geles como panqueques.

placas de hidrogelLos investigadores diseñaron la composición química de los cuatro hidrogeles para que, tan pronto como se tocara todos los geles en una sola célula, sus átomos de sodio cargados positivamente se elevaran hacia un extremo de la alineación y los átomos de cloruro negativo se inundaran hacia el otro. Al igual que un electrocito real, cada célula artificial de cuatro geles generaba de 130 a 185 milivoltios de electricidad y 612 células de anguilas artificiales en tándem producían 110 voltios, aproximadamente la energía de una toma doméstica.

Desafortunadamente, los órganos artificiales de anguila no gastan su energía tan eficientemente como sus equivalentes biológicos, dice Mayer. Entonces, los sistemas de hidrogel construidos para este estudio solo podrían energizar instrumentos de muy baja potencia. "El dispositivo que estamos más cerca de alimentar es probablemente un marcapasos", dice Mayer. Pero cree que ajustar la configuración de hidrogel para imitar más de cerca a un órgano eléctrico real de la anguila, como la impresión de geles más delgados, podría dar más energía a estas fuentes de energía.

Mayer también quiere idear una nueva forma de recargar los órganos artificiales. Los investigadores actualmente tienen que enganchar los dispositivos a una fuente de alimentación externa que impulsa las partículas cargadas de los hidrogeles a sus posiciones de partida, algo así como conectar una batería a un muelle de carga.

lámina de poliester con hidroleges"El santo grial, al menos para mí, sería diseñar esto para que pueda recargarse dentro del cuerpo", dice Mayer. Imagina órganos artificiales de la anguila aprovechando la energía almacenada por las separaciones de carga natural en todo el cuerpo, como entre el estómago, que tiene una carga relativamente positiva, y el tejido circundante. Tales fuentes de energía flexibles, respetuosas y transparentes podrían algún día energizar sensores de salud implantados, bombas de insulina o lentes de contacto de alta tecnología que proyectan pantallas virtuales en la línea de visión del usuario.

Artículo científico: An electric-eel-inspired soft power source from stacked hydrogels

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