Човешкото тяло продължава да вдъхновява учените за създаването на нови технологии. Този път изследователи от университета „Бингамтън“ в САЩ са използвали структурата на тънкото черво, за да разработят иновативна биобатерия, която генерира над осем пъти повече електричество в сравнение с традиционен плосък електрод, използван в експеримента.

Новата технология разчита на живи бактерии, които превръщат енергията от органични вещества в електрически ток. Макар разработката все още да е в експериментален етап, тя може да намери приложение в екологичния мониторинг и системите за пречистване на отпадъчни води.

Как човешките черва вдъхновиха създаването на батерия?

Вътрешната повърхност на тънкото черво е покрита с милиони микроскопични израстъци, наречени чревни власинки. Тяхната основна задача е да увеличават повърхността, през която организмът усвоява хранителните вещества.

Учените решили да приложат същия принцип при създаването на биобатерия.

Вместо обикновена плоска повърхност те разработили множество меки, подобни на пръстчета структури, които осигуряват повече пространство за развитие на бактериите.

Така микроорганизмите получават по-добър достъп до хранителни вещества, а отпадъчните продукти от тяхната дейност могат по-лесно да бъдат отведени.

Батерия, която работи с живи бактерии

В основата на технологията стоят микроорганизми от вида Bacillus subtilis, които при разграждането на органични вещества могат да участват в процеси на пренос на електрони.

Изследователите ги поставили в специален мек и електропроводим материал, наречен хидрогел. Той задържа вода и създава подходяща среда за развитието на бактериите.

Когато микроорганизмите получат хранителни вещества, те се активират и започват да произвеждат електрони, които системата улавя и използва за генериране на електрически ток.

За разлика от обикновените батерии, тази система не разчита на предварително съхранена електрическа енергия, а на непрекъснатата метаболитна активност на живите бактерии.

Осем пъти повече електричество

За да проверят ефективността на новия дизайн, учените създали и тествали 24 различни конфигурации на биобатерията.

Резултатите показали, че структурата, вдъхновена от чревните власинки, достига мощност от 66,45 микровата на кубичен сантиметър, докато сравнителният плосък електрод произвежда едва 8,04 микровата при съпоставими условия.

Това представлява увеличение на мощността приблизително 8,3 пъти.

Експерименталната система успяла да поддържа напрежение от около 0,75 волта в продължение на най-малко 14 часа при постоянно подаване на хранителни вещества.

Въпреки впечатляващото подобрение, произведеното електричество все още е твърде малко за захранване на обичайни електронни устройства като смартфони или лаптопи.

Може ли канализацията да произвежда електричество?

Едно от най-интересните потенциални приложения на технологията е в канализационните системи.

Отпадъчните води съдържат органични вещества, които бактериите могат да използват като източник на енергия.

Според изследователите гъвкави биобатерии биха могли да се поставят по вътрешните стени на тръбите и да захранват малки сензори, които следят състоянието на водата и околната среда.

Така част от необходимата енергия за мониторинг би могла да се произвежда директно на мястото, където се извършват измерванията.

Учените вече са тествали подобна концепция в лабораторна среда, имитираща канализационна тръба.

Следващата стъпка – по-големи и по-ефективни биобатерии

Изследователският екип работи върху възможността технологията да бъде произвеждана в по-големи размери чрез специален процес на отпечатване.

Основното предизвикателство е увеличаването на мащаба да не намали ефективността на системата, тъй като разпределението на хранителните вещества и електрическото съпротивление могат да повлияят на резултатите.

Разработката показва как природни структури, усъвършенствани в хода на еволюцията, могат да послужат за създаването на ново поколение биологични енергийни системи.

Макар все още да не могат да заменят конвенционалните батерии, подобни технологии биха могли един ден да осигуряват малки количества електричество за автономни сензори и екологични устройства.

Изследването е публикувано в научното списание Small под заглавието „Intestinal Villi-Inspired Living Biobatteries via Habitat-Engineered Conductive Hydrogel Architectures“.

Източник: New Atlas, Binghamton Univers