1. oldal

1799-ben egy olasz fizikus, bizonyos Alessandro Volta cink- és rézkorongokból, valamint az ezek közé helyezett, sós vízbe áztatott kartonlapokból megalkotta az első szintetikus elemet. Volta Luigi Galvani elektromossággal kapcsolatos kutatásaira alapozta saját fejlesztését, az általa megalkotott Volta-elem azonban egy sokkal ősibb mintát követett: az elektromos angolnák testét.

A különleges állat onnan kapta a nevét, hogy saját elektromos szervei révén, amelyek összességében testének 80 százalékát teszik ki, elektromos áramot képes fejleszteni. Ezek a szervek, amelyek az állat hasüregében kapnak helyet, módosult izomsejtek tömegeiből állnak. Az úgynevezett elektrociták önmagukban csak egészen picike feszültség generálására képesek, de együttes erővel akár 600 voltos áramütéseket is tudnak szolgáltatni, ami elég egy felnőtt ember vagy akár egy ló leterítéséhez is.

Napjainkban tengernyi olyan tárgy vesz körül minket, amelyekben az angolna mintájára készült Volta-elemhez hasonló, szintén elektrokémiai működési elvű berendezések szolgáltatják az energiát. És ha a Fribourgi Egyetem kutatói sikerrel járnak, rövidesen egy másik fajta energiaforrás is elterjedhet ezekben, amelyet érdekes módon szintén az elektromos angolnák ihlettek.

Michael Mayer és kollégái ugyanis kikísérleteztek egy olyan rendszert, amely a nem mindennapi halak elektromos szerveinek működését imitálja. A fejlesztés színes gélcseppekből áll, amelyek úgy sorakoznak egymás mellett, akár az angolnák elektrocitái, és ha egymáshoz nyomják őket, elektromos áramot szolgáltatnak.

A hagyományos elemekkel szemben az új dizájnnak az az előnye is megvan, hogy lágy és hajlékony, így jól használható lehet a lágy robotokban és a viselhető vagy éppen beültethető elektromos készülékekben is. Annál is inkább, mivel előállítható a testnek sem ártalmas anyagokból, így egy napon talán hasonló rendszerek láthatják el energiával a szívritmusszabályozókat, a protéziseket és az orvosi implantátumokat. Ráadásul ha minden jól megy, a rendszer idővel saját testünkből szerezheti be a működéséhez szükséges folyadékot és sókat.

A szokatlan elem létrehozásához a csapat tagjai először is elkezdték kutatni, hogy működnek az angolnák elektrocitái. Ezek a sejtek hosszú sorokba rendeződnek a halak testében, és köztük folyadékkal teli rések vannak. Hasonlóan festenek tehát, mint egy nagyon magas, szirupban úszó amerikai palacsinta torony.

Amikor az angolnák nyugalomban vannak, elektrocitáik mindkét oldalukon pozitív ionokat pumpálnak ki magukból. Amikor viszont elektromos áramra van szükségük, az elektrociták egyik oldalán megfordul az ionáramlás: a pozitív ionok befelé kezdenek igyekezni, kismértékű feszültséget hozva létre a sejt mentén. Mivel ilyenkor minden elektrocita egyszerre kezd így viselkedni, feszültségeik összeadódnak, így együttesen tetemes feszültséget képesek generálni.

A szakértők először arra gondoltak, hogy a teljes elektromos szervet újraalkotják a laborban, de rövidesen rájöttek, hogy ez feleslegesen komplikált lenne. A következő ötlet az volt, hogy membránok sorával igyekeznek lemásolni az elektrociták tornyait, ehhez azonban több ezer membránt kellett volna létrehozni és egymás mellé sorakoztatni, ami szintén nagyon bonyolult lett volna, ráadásul drága is. Arról nem is beszélve, hogy ha a finom membránokból egy is megsérül, az egész konstrukciónak annyi. „Nagyon könnyen a sorosan kötött karácsonyfaizzók problémájába futhatna az ember” – mondja Tom Schroeder, a csapat egyik tagja.

2. oldal

Így végül arra jutottak, hogy leegyszerűsítve veszik át a koncepciót. Ehhez gélcseppeket helyeztek el két különálló lapon, mégpedig úgy, hogy a mellékelt képen látható cseppek közül a pirosak sós vizet, a kékek pedig édesvizet tartalmaznak. Az ionok maguktól átáramolnának az elsőből a másodikba, de erre nem képesek, mert a gélcseppeket rések választják el egymástól. Ha viszont a másik lapon található zöld és sárga géleket ráfektetik az első lapra, a rések áthidalódnak, és a létrejött csatornákon át az ionok elkezdhetnek áramolni.

Persze az nem lenne túlságosan praktikus, ha túlságosan nagy lepedőkkel kellene bánni, de erre is van megoldás. Max Shtein, a Michigani Egyetem kutatója az origamit javasolta erre: ha elég ügyesen hajtogatják össze a két réteget, azok kis helyen is elférnek, és összenyomva így is mindig a megfelelő cseppek kerülhetnek egymás mellé. Ilyen módon sokkal kisebb helyen lehet azonos mennyiségű energiát termelni, ami felhasználási szempontból egyáltalán nem lényegtelen szempont.

A rendszer egyelőre úgy működik, hogy rendszeresen aktívan újra kell tölteni. Ha a géleket érintkezésbe hozzák egymással, néhány óráig feszültséget generálnak, majd amikor az ionok mennyisége kiegyenlítődik a különböző gélcseppekben, az elem lemerül. Ahhoz, hogy eredeti iontartalmuk helyreálljon, kívülről feszültséget kell közölni a gélsorokkal. De ahogy Schroeder mondja, testünkben mindenféle ionkoncentrációjú folyadékok vannak, amelyek folyamatosan újratermelődnek. Így elképzelhető, hogy a gélcseppek „újratöltéséhez” egy napon majd ezeket is ki lehet aknázni.

Ha ez megtörténne, magunk is gyakorlatilag elektromos angolnákká válnánk. És bár az nem valószínű, hogy bárki arra tudna használni egy ilyen rendszert, hogy bénító áramütéseket közöljön másokkal, kisebb-nagyobb készülékek energiával való ellátására kiválóan alkalmas lehet a módszer. Ennek megvalósításához ugyanakkor még sok problémát meg kell oldani, de Schroeder szerint egyelőre nincs olyan akadály, amelynek leküzdése lehetetlennek tűnne.

És ahogy Ken Catania, a Vanderbilt Egyetem kutatója mondja, Volta eleme sem volt az eredeti formájában alkalmas arra, hogy például egy aprócska telefonba beleférjen, idővel azonban annyit változott, hogy ez is valóra válhatott. Az pedig, hogy az elektromos angolnák mennyit tettek hozzá a technológia fejlődéséhez, egészen hihetetlen, mondja a szakértő.