على طول، وطبيعة الإنسان هو المعلم الكبير، جاء من الخلود التغيرات البيولوجية خضعت تقلبات، وتطور أكثر تطورا من أي الكفاءة الميكانيكية الإنسان. ومثل الأطفال البشري الهذيان باستمرار استلهام الطبيعة، الحصاد والنمو.

الآن، وقد وجد العلماء الإلهام من توليد الطاقة الخاصة ثعبان البحر الكهربائي والتناظرية توليد الطاقة اخترع الخلوية الأولى في العالم " شعر الجهاز الكهربائي " هذا مرنة "قوة عظمى" لا حاجة لتثبيت حزمة البطارية التقليدية في الجسم الحي، غير جامدة و لا يتطلب الإدراج على، الروبوت البرمجيات في المستقبل هو الأرجح، يزرع (مثل أجهزة ضبط نبضات القلب)، وجهاز يمكن ارتداؤها اللعب على إمكانيات هائلة.

الباحثون استخدام مكونات دائمة وسهلة الاستخدام، فضلا عن عمليات التصنيع الآلي وقابلة للتطوير التي لديها القدرة على خلق حيويا اصطناعية "جهاز كهربائي" يمكن أن تولد فرق جهد أكثر من 100V.

الدراسة التي أجراها معهد أدولف Merkele، جامعة فريبورغ، سويسرا (جامعة فريبورغ) والجامعات (جامعة ميشيغان) أكملوا الباحثين ميشيغان، تفاصيل البحوث ذات الصلة التي نشرت في مجلة "الطبيعة" من 13 ديسمبر كانون الاول.

لذلك، هذا كتب العلوم شعبية والنجوم البيولوجية ثعبان البحر الكهربائي الحوض، وبالضبط كيف أثار اهتمام الباحثين ذلك؟

ثعبان البحر الكهربائي (الاسم اللاتيني مولد الكهربية الراكدة electricus)، على شكل ثعبان السمك عارية الذراعين أمريكا الجنوبية ثعبان البحر الكهربائي الأسرة، وزعت بشكل رئيسي في حوض نهر الأمازون في أمريكا الجنوبية وغيانا، هو قوي قصيرة لتكون قادرة على أداء وتشتهر أسماك المياه العذبة، انتاج التيار الكهربائي لمدة تصل إلى 300-800 فولت وهو ما يكفي لضرب حيوان ميت كبير.

هذا التأثير ثعبان البحر الكهربائي قوة سحرية من الباحثين من وحي ذاتي. حتى أنها صممت وظيفة الجيل الجهاز الاصطناعي وفقا لثلاثة خصائص ثعبان البحر الكهربائي نظام توليد الطاقة.

الأول هو لمحاكاة خصائص أول نظام كهربائي توليد الطاقة ثعبان البحر، هو أيضا معظم عناصره الأساسية: توليد الطاقة خلية . ومن موازية لتلك الموجودة في الجزء الخلفي من الجيل ثعبان البحر الجسم مكدسة من نمو الخلايا، لتحقيق آلاف أيون سلسلة التدرج. مفصولة النسيج الضام بين جيل من آلاف الخلايا، وهناك العديد من الأعصاب من خلال الجهاز العصبي المركزي. يتم عزل فيلم الأمامي والخلفي فيلم كهربائيا من الخلايا كما هو غشاء جود الانتقائية أيون، بحيث أنه من الممكن أن تتراكم إمكانات عبر الغشاء عبر الخلية.

بالعامية، في جسم ثعبان البحر الكهربائي وكل خلية مثل طاقة البطارية أقل قدر (كل توليد الطاقة خلية الجهد نحو 0.15 فولت)، مكدسة العديد من هذه البطاريات الصغيرة (الخلية توليد الطاقة) معا في سلسلة النحو بطارية ، وارتفاع الضغط (رئيس القطب الموجب، ذيل القطب السالب)، وبالتالي تكوين تيار واسع بما فيه الكفاية في المختبر أو فريسة الحيوانات المفترسة تهاجم بين الرأس والذيل من ثعبان البحر الكهربائي.

FIG شو يستريح هذا الرقم يبين كيف القطب والقطب التفريغ لتوليد فرق الجهد بين التفريغ و: في حالة الراحة، قبل وبعد غشاء المحتملة إلغاء بعضها البعض، على النقيض من ذلك، خلال النبض، بعد سينتج الغشاء الاستقطاب ما يقرب من 150mV من إجمالي إمكانات عبر الخلية. وبالتالي يمكن اسع هيئة ثعبان البحر الكهربائي مكدسة على واحدة (سلسلة) الآلاف من هذه الأقطاب الكهربائية تنتج أكثر من 600V فرق الجهد. التراص وافر من ترتيب القطب الموازي تمكن الذروة الحالية قرب 1A في ظل ظروف ماس كهربائى.

من أجل إنتاج مماثلة خلايا توليد الطاقة واستخدم الباحثون أربعة أنواع من هيدروجيل والمواد الخام الرئيسية، وثعبان البحر الكهربائي محاكاة التركيب التشريحي للخلايا توليد الطاقة : تركيزات عالية من الملح هيدروجيل، انتقائية هلام الموجبة، وتركيز قليل الملح وهلام هيدروجيل أنيون انتقائية. يتم تشكيل أربعة تكوين هيدروجيل "خلية هلام Tetramer" تشكل بالتتابع طريق موصل أيون، وبالتالي إنشاء تأثير التدرج حل بالكهرباء عبر عشرات منفذة بشكل انتقائي لآلاف من المقصورات، على غرار تشكيل خلايا توليد الطاقة مكدسة ثعبان البحر الكهربائي.

في عملية الإنتاج الخاصة، أنها تستخدم طابعة 3D من 4 الهلاميات المائية المودعة على مختلف الركيزة البلاستيك في ترتيب معين، ثم علاجه باستخدام الأشعة فوق البنفسجية إلى قطرات، يتم تحويلها إلى مادة هلامية.

FIG | 'أو tetramer خلية هلام ": الباحثون بالتناوب ملوحة عالية ومنخفضة الملوحة هلام (الأحمر والأزرق) يتم طباعة على الركيزة الأساسية، وانتقائية بالتناوب شاردة والموجبة انتقائية المواد الهلامية (الأخضر والأصفر) المطبوعة على الركيزة العليا، وركائز اثنين مع بعضها البعض مثل مشاركة سستة، كل tetramer تكون وحدة أيون موصل (كل حوالي 0،13-0،185 الضغط التفاضلي)، وجود تراكب 612 موصل عن طريق "جل الجيل خلية" tetramer، أنتج أقصى الجهد من 110 فولت

واستنادا إلى مبدأ الكهربي العكسي، فإن "خلية هلام tetramer" في كل خلية في الدائرة المفتوحة إنتاج  130 ~ 185mV الضغط التفاضلي ، ضخامة قيمة الجهد وتوليد واحدة خلايا ثعبان البحر الكهربائية تنتج cyclohexyl لا فرق. وتشير البيانات إلى احتمال من 2449 خلايا مكدسة في هلام جنبا إلى جنب زيادة الفرق خطيا 110V.

FIG شو خلايا المحتملين هلام 2449 مكدسة في سلسلة لتوليد فرق، ويزيد خطيا 110V

مع شكل أساسي "خلية"، وقد بنيت الباحثون أيضا آلية توليد الطاقة المقابلة في هذه "الخلايا" في ، وهذا ينطوي على جيل ثعبان البحر الكهربائي الجهاز السمة الثانية: ضمان طول الجهاز بأكمله (قد يكون أكثر من متر واحد في الطول) من التحفيز الكهربائي ولع النار في وقت واحد.

في الجسم الحي ثعبان البحر الكهربائي، لأن سرعة انتشار الإشارة العصبية داخل مدة التفريغ (حوالي 2MS) ليست كافية لتنشيط جميع خلايا توليد الطاقة من المواقع الجهاز لأسرع النبضات العصبية يمكن الوصول (مواقع مثل هذا الجهاز في كثير من الأحيان أقرب قيادة العصبي وسط)، وثعبان البحر الكهربائي نظام توليد الطاقة نقل إشارات لمواكبة عن طريق إبطاء النبضات العصبية.

تحتاج أجهزة الجيل اصطناعية أيضا لتنشيط هذه الخلايا من أجل هلام تبديد الطاقة تجنب. وفي هذا الصدد، فإنها تستخدم موزع السوائل القابلة للبرمجة توليد بالتتابع سلسلة من المواد الهلامية والخلايا وضعه، مرة واحدة هلام ديه عدد الخلايا، تأكد من أن النظام يمكن أن السعادة في وقت واحد أو بالتتابع من قبل عدد من الإثارة.

FIG شو خلية جهاز الجيل اصطناعية تحتوي على 41 هلام

في هذا التكوين، جيل من الأجهزة الاصطناعية هلام يحتوي على 41 الخلايا التي أعدت، وأظهرت ثلاثة أعمدة هلام مواز يمكن أن تنتقل ثلاثة أضعاف الحالية والسلطة. وهذا هو، بطريقة آلية بحيث تجميع السوائل لإنتاج جهاز اصطناعية يصبح قوة ممكنة، الحالية، والسلطة هي أيضا متناسبة مع عدد من العمود هلام في هذه الحالة، على غرار مواز الجسم إلى العمود ثعبان البحر الكهربائي الكهربائي.

يتم الحفاظ على الخاصية الثالثة من ثعبان البحر نظام توليد الطاقة الكهربائية بين الخلايا على التجدد الكهربائية الداخلية والخارجية وأيونات الصوديوم والبوتاسيوم الفارق الكبير في تركيز أيون . لثعبان البحر الكهربائي نفسه، الذي هو أساس الفرق بين تركيز خلايا ليس فقط النشاط الكهربائي، ولكن أيضا شرطا مهما في المواد أثناء النقل في الجسم الحي. وكما نعلم جميعا، نقل الخلايا التي تعتمد على ATP الفعالة لتوفير الطاقة، في الواقع، والعملية برمتها من أيونات الصوديوم / البوتاسيوم أيونات، بروتين إنزيم ATP أنجزت بإلغاء ما بعد التفريغ وإعادة بناء السلبي التدرج تركيز نشرها. لذلك، إذا كان الاصطناعي استخدام الجيل الجهاز للكائن الحي، لديك لديها نفس القدرة على الحفاظ على هذا الفارق التركيز.

كيف هذه القدرة لتحقيق ذلك؟ والجواب هو أن الباحثين من خلال ضمان الفصل المادي بين كل من هيدروجيل للحفاظ على التدرج ايون قبل بدء، هذا التصميم لا تستهلك طاقة.

مبدأ توليد الطاقة الكهربائية ثعبان البحر | الشكل.

لذلك، هذا الجيل أجهزة اصطناعية ومرحلة ثعبان البحر تونغ جميلة حقا؟ كما قام فريق البحث في الفيزياء الحيوية في جامعة فريبورغ مايكل ماير اعترف: " في الواقع، فإن الجيل الحالي من الأجهزة الاصطناعية ليست بنفس كفاءة ثعبان البحر الكهربائي الخلية الكهربائية. "

ويعتقد أن الجيل الحالي من أجهزة اصطناعية يمكن أن يكون إلا لعدد من الأجهزة المنخفضة للطاقة، مثل إمدادات أجهزة ضبط نبضات القلب. رغب الفريق المشترك في المستقبل كفاءة توليد الطاقة من النظام عن طريق الحد من سماكة هلام، للحد من المقاومة أو ما شابه ذلك.

نفس الجيل وكذلك الجهاز غير ناضجة شحن مشكلة ، المرحلة جيل عضو صناعي لا تزال الحاجة إلى شحن خارجي. الباحثون لديهم جهاز خارجي لسبب أيونات العودة إلى نقطة البداية، أي شحن (سرعة الشحن ليست التفريغ السريع) عن طريق تطبيق الحالي إلى الأقطاب عند كلا الطرفين، ولكن ثعبان البحر الكهربائي واستقلاب الطاقة من خلال تلقاء نفسها للحفاظ على بيخلوي تركيز أيون التدرج وبالتالي توليد السلوك التفريغ.

لاعب فريق واحد، وهو مهندس كيميائي من جامعة توماس شرودر ولاية ميشيغان، ويأمل أيضا تقليد هذا كفاءة ثعبان البحر طريقة أعمق، "في المتوسط من السوائل في الجسم، التفريغ الذاتي للجهاز كهربائي للقيام قاب قوسين أو أدنى".

ولكن حتى ذلك الحين في مجالات التطبيق صغيرة هي نعمة بالنسبة لبعض المرضى أو أسرهم، فإنه استبدال البطارية جهاز تنظيم ضربات القلب، فإن خطر هذا النوع من الجراحة، ثم صغيرة والمرضى وأسرهم هو أيضا نوع لا يمكننا التخلص من التعذيب.

مع دمج الآلات والمعدات والتكنولوجيا الحيوية، والتي لديها توافق مع الحياة محتمل، والامتثال الميكانيكية ومصدر الطاقة السليم بيئيا، فمن "A الحكمة (عبر الحدود) طريقة يونيكوم" ، وإن لم يكن يشارك في الدراسة والمهندسين من جامعة ولاية لويزيانا (جامعة ولاية لويزيانا) جيان شو متفائل جدا حول هذا الموضوع، وأنه "لا مفر منه آفاق العمل المستقبلية واسع جدا."

"هذا هو اختراع رائع خارج التفكير التقليدي." ، ماركوس بوهلر، وتقييم من العلماء والمهندسين المواد من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، "إنني أتطلع إلى رؤية هذا التطور التكنولوجيا المذهلة والتطبيق في المستقبل القريب".