Le anguille elettriche, che strisciano sul fondo fangoso di stagni e corsi d'acqua nei bacini fluviali dell'Amazzonia e dell'Orinoco in Sud America, possono causare uno shock abbastanza potente da far cadere un cavallo dai suoi piedi. Il loro potere proviene da cellule chiamate elettrociti che si scaricano quando l'anguilla caccia o si sente minacciata.
Ora, i ricercatori stanno prendendo ispirazione da queste anguille (non tecnicamente anguille, di fatto, ma un tipo di pesce) per sviluppare nuove fonti di energia che un giorno potrebbero alimentare i dispositivi elettrici nel corpo umano, come pacemaker, sensori e protesi organi.
Le anguille elettriche possono sincronizzare contemporaneamente la carica e la scarica di migliaia di cellule nei loro corpi, afferma Max Shtein, uno scienziato dei materiali dell'Università del Michigan che ha lavorato alla ricerca.
"Se pensi di farlo molto rapidamente - [in una] frazione di secondo - per migliaia di celle contemporaneamente, questo è uno schema di cablaggio piuttosto intelligente", dice.
Gli elettrociti di un'anguilla elettrica sono grandi e piatti, con centinaia accatastati insieme in senso orizzontale. A causa del modo in cui sono impilati, le piccole singole tensioni delle celle si sommano a un calcio significativo. Ciò è possibile perché il tessuto circostante isola gli elettrociti in modo che la tensione fluisca in avanti verso l'acqua di fronte al pesce - stordendo o uccidendo prede o minacce - quindi fluisce indietro per creare un circuito completo.
Un team guidato dal collaboratore di Shtein Michael Meyer dell'Università di Friburgo ha cercato di copiare la fisiologia dell'anguilla creando circa 2.500 unità di sodio e cloruro disciolte in idrogel a base d'acqua. Hanno stampato file di minuscoli bottoni multicolori di idrogel su lunghi fogli di plastica, alternando gli idrogel salati con quelli realizzati solo con acqua. Hanno quindi stampato un secondo foglio di idrogel selettivi alla carica, ognuno dei quali consente il passaggio di gel di sodio caricati positivamente o di cloruro caricati negativamente. Quando i fogli furono piegati, usando una speciale tecnica origami, i gel alternati toccarono e generarono elettricità. Il sistema ha generato 110 volt - una scossa decente, ma molto inferiore alla potenza di un'anguilla, che ha celle più sottili e con resistenza inferiore.
Idrogel selettivi di carica sulla cima di un foglio di idrogel salino (rosso) e d'acqua dolce (blu) (Università del Michigan) Il team, che comprendeva anche ricercatori dell'Università di Friburgo e dell'Università della California, San Diego, ha scritto del loro prototipo sulla rivista Nature il mese scorso.
Il sistema idrogel è morbido e flessibile, il che potrebbe renderlo una fonte di energia potenzialmente buona per i robot dal corpo morbido i cui movimenti sarebbero ostacolati da batterie scariche. È inoltre privo di ingredienti potenzialmente tossici delle batterie tradizionali, come il piombo. E poiché il sistema è costituito da componenti artificiali piuttosto che da tessuto biologico, ha un basso potenziale di rigetto immunitario.
I ricercatori sperano di poter aumentare la potenza del sistema rendendo più sottili le membrane di idrogel. Sperano anche di imitare la capacità dell'anguilla di usare i propri fluidi corporei per mantenere le differenze nella concentrazione di elettroliti tra gli elettrociti. Ciò potrebbe consentire di alimentare permanentemente un dispositivo impiantato senza input esterno.
"La bellezza delle bio-batterie di anguille elettriche è che i principi con cui funzionano sono semplici e le particelle cariche che si muovono per generare corrente sono facilmente disponibili - essenzialmente solo ioni in soluzione come nel sale da tavola - che si presentano naturalmente nei nostri corpi" afferma Harold Zakon, professore di neuroscienze all'Università del Texas ad Austin, che studia anguille elettriche. "Poiché le cellule di organo elettrico vengono caricate muovendo gli ioni attraverso le membrane cellulari, non dovrebbero mai essere collegate alla parete o a una fonte di energia esterna, ma farebbero affidamento sull'energia del corpo per mantenerle cariche."
