Командой исследователей из Швейцарии и США создан источник электроэнергии, принцип которого подсказан электрическим угрем. В нём имитируется комплекс из тысяч тонких клеток-электроцитов угря, способных совместно выдавать электрический разряд мощностью до 100 Вт. Угорь использует эту способность для самозащиты и охоты. Авторы изобретения полагают, что это устройство сможет питать медицинские имплантаты.
Подпись к изображению: Этот лист был сложен с использованием принципов оригами и имитирует процесс генерации электрического тока электрическим угрем
Электроциты угря находятся в органах, расположенных вдоль тела. Электроциты — дисковидные клетки, вырабатывающие электрический ток — разделены слоями изолятора, и накапливают энергию посредством биохимического процесса, который отбирает из ткани положительные ионы натрия и калия. Каждая клетка создаёт разность потенциалов 150 мВ.
Электрический разряд происходит при открытии ионных каналов, что позволяет ионам переместиться обратно в электролит. Тысячи электроцитов, соединённых последовательно, создают разность потенциалов до 600 вольт. Сила ионного тока, проходящего через воду между головой и хвостом угря, достигает 1 А.
Источник питания был создан группой учёных из университетов Фрайбурга, Мичигана и Калифорнии. Была сымитирована слоистая структура электроцитов угря посредством нанесения на лист массива капель геля четырёх разных видов. Одни капли содержали ионы натрия и хлора, другие — чистую воду. Капли третьего типа способны пропускать ионы натрия, но задерживают ионы хлора; четвёртый тип пропускает ионы хлора, но задерживает натрий.
Астрофизическое оригами
Чтобы обеспечить контролируемый разряд, был использован приём оригами «складка Миура». Он был придуман японским астрофизиком и используется в солнечных панелях космических аппаратов. Лазером на лист были нанесены бороздки, так чтобы капли соединялись в точно определённом порядке и обеспечивали движение между собой атомов натрия и хлора так, как это происходит в тканях угря.
Новый материал способен создать разность потенциалов 110 вольт при мощности 27 милливатт на квадратный метр. «Электрические органы угря имеют очень сложное строение, и далеко превосходят созданные нами устройства в способности вырабатывать энергию», — признаёт соавтор работы. Группа продолжает работу над усовершенствованием изобретения.