植入这种新电池 人类就可以像电鳗那样发电了吗？ —— 文章正文2018-01-15
《大西洋月刊》近日发表文章，称意大利科学家亚历山德罗・沃尔特（Alessandro Volta）在1799年制作了世界上第一个合成电池，他的灵感就来自于电鳗。而现在，科学家又借鉴电鳗的生物特性，开发了一种软电池，或许可以使用在下一代机器人中，以下为原文内容。
成年电鳗有2米长，其中80％的部分属于“发电器官”，它由数千个特殊的肌肉细胞发电细胞组成，每个发电细胞只能产生一个很小的电压，但是合在一起，就可以产生高达600伏的电压，足以电倒一个人，甚至是一匹马。沃尔特从电鳗身上获得的灵感，让他成为了19世纪的名人。
如今电池已经是我们生活中的日常用品，但科学家仍然可以从电鳗的身上获得灵感。弗里堡大学（University of Fribourg）的一个研究小组巧妙地模仿了鳗鱼的发电器官，开发了一种新的电池。它由五颜六色的凝胶块组成，像电鳗的发电细胞那样排列起来。你只需将凝胶按压在一起，就可以启用这种电池了。
这个电池的特点就在于它是软的，非常柔软灵活，可能很适合下一代软体机器人使用。而且由于它使用的材料不会伤害人体，所以下一代心脏起搏器、假肢和医用植入物也可以用得上。如果有一天出现了能发电的隐形眼镜，靠人体内液体和盐分运行的起搏器，你也不用惊奇。
电鳗发电的原理
为了开发这种电池，团队成员汤姆-施罗德（Tom Schroeder）和安妮・古哈（Anirvan Guha）对电鳗的工作原理进行了研究。
这种鳗鱼的发电细胞是堆积在一个充满流体的长条空间中的。当鳗鱼处于休息状态时，每个发电细胞就从正面和背面泵出正离子。产生了两个相反的电压，相互抵消了。但是在需要的时候，每个发电细胞的背面就会翻转，从相反的方向泵出正离子，让整个细胞产生一个微小的电压。关键是，每个发电细胞都会同时进行这个翻转操作，所以这些微小的电压加总起来就更加强大了。这就好像是鳗鱼尾巴上有数千个小电池一样。你可以这样来理解：在鳗鱼休息时，一半的小电池“安装”方向是错误的，但是鳗鱼可以随时把它们调整到正确的方向，将它们对齐。
研究小组最初想在实验室里仿造一个电鳗发电器官，但很快就发现这么做太复杂了。于是他们又考虑使用大堆薄膜来模仿层叠的发电细胞――但是这种娇气的材料难以满足工程需要。如果一张薄膜破裂，这一整堆就不能用了。
新电池的原理
最后，研究小组选择了一个更简单的方案。他们在两张分开的基板上排列了一些凝胶块。如图所示，红色凝胶块中是盐水，蓝色凝胶中是淡水。离子本来应该从前者流向后者，但却无法从一个凝胶移动到另一块。而另一张基板上有绿色和黄色的凝胶块，当它们桥接在蓝色和红色凝胶块之间的间隙时，就为离子提供了移动的通道。
关键在于：绿色凝胶块只允许正离子流过，而黄色凝胶块只允许负离子通过。这意味着正离子只从一侧流入蓝色凝胶，而负离子则只能从另一侧流入。这样蓝色凝胶上就会产生一个电压，与发电细胞很相似。而且正如在发电细胞中一样，每个凝胶只产生一个微小的电压，但成千上万的凝胶排成一排之后，就可以产生高达110伏的电压了。
鳗鱼的发电细胞是在接收到神经元的信号后启动的。而在这种凝胶中，触发器要简单得多――只需要将凝胶按压到一起就行了。
使用这么多凝胶块当然很麻烦。但密歇根大学的工程师麦克斯・斯坦恩（Max Shtein）想出了一个巧妙的解决方案。将太阳能电池板装入卫星需要使用一种特殊的折叠方式，斯坦恩借鉴这种方式，设计了一种方法，把一板凝胶折叠起来，让正确颜色的凝胶块以正确的顺序接触。这样一来，该团队就可以在很小的空间内产生同样的电压了――像隐形眼镜那样小的空间也可以。
“人体发电”尚无路线图
目前来说，这种电池还需要你给它充电才能使用。充好之后，它们的供电时间可达几个小时。然后就需要再次充电，让它重新回到高盐分和低盐分凝胶交替的状态。但研究团队表示，人体内本来就有不同离子水平的液体储存，有朝一日或许能够利用它们来给这种电池充电。
到了那时候，你就有机会变成“电鳗侠”了吗？一伸手就电倒一匹马，这可能不太好想象，但是我们或许可以使用体内的离子梯度来给微小的植入物提供动力。该研究小组成员说，目前这还只是一个奇想，并没有实际的路线图。“很多事情都因为各种各样的原因最后没有行得通，所以我们也不希望太超前。”
(责任编辑： 来源： 时间：2018-01-15)
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