I fogli di idrogel piegati come origami generano istantaneamente 110 volt di elettricità

I ricercatori combinano fogli di idrogel stampati in 3D e origami per creare una fonte di energia elettrica ispirata all’anguilla

La tecnologia si ispira alle anguille elettriche. Questi gel colorati a stampa 3D hanno il potenziale di creare fino a 110 volt di elettricità in un istante, simile all’anguilla elettrica.

Righe di piccoli punti di idrogel sono piene di ioni caricati positivamente e negativamente che si combinano insieme per imitare la struttura cellulare di un’anguilla elettrica. La stampa e l’impilamento di questi idrogel produce la massima quantità di tensione, mentre una connessione a un’area di contatto più ampia produce la corrente più elevata. Gli scienziati sperano che questo sistema possa potenzialmente portare a un dispositivo che generi energia dall’interno del corpo umano.

“L’anguilla elettrica è in grado di creare quantità molto grandi di energia. E abbiamo pensato che fosse eccezionale”, ha detto Anirvan Guha, uno dei ricercatori del progetto, progettato all’Università di Friburgo in Svizzera. “Così abbiamo iniziato a pensare se potessimo o meno creare un sistema in grado di generare elettricità allo stesso modo.”

L’abilità unica di un’anguilla proviene da un organo specializzato che ospita migliaia di cellule chiamate elettrociti. La composizione chimica di queste cellule consente una carica positiva o negativa. Le membrane circostanti controllano la carica consentendo agli ioni di passarvi attraverso, inducendo una reazione elettrica, o bloccando gli ioni e riportando l’organo a uno stato neutro e dormiente.

Quando un’anguilla è minacciata, un impulso neurale viene inviato alle membrane degli elettrociti e gli ioni positivi si riversano nelle cellule. In un secondo, la tensione elettrica in ogni cella può passare da zero millivolt a 150 millivolt, producendo un totale di fino a 600 volt.

Questo nuovo generatore di energia funziona in modo simile.

Usa quattro diversi tipi di idrogel per imitare il sistema elettrico dell’anguilla. Uno con un’alta concentrazione di sale, uno con una bassa concentrazione di sale e due membrane cariche: una negativa e una positiva.

Il primo tentativo di mettere insieme questo sistema ha coinvolto l’uso di un campionatore di fluidi che spingeva i gel in sequenza in delle provette. Più gel sono presenti in una sequenza, più alta è la tensione. Ma i ricercatori non sono riusciti a costruire una sequenza abbastanza lunga da produrre la tensione desiderata.

Quindi i ricercatori sono passati alla stampa 3D. Hanno stampato una sequenza di circa 2.500 gel su due fogli di plastica delle dimensioni di una normale carta per stampante. Collegando i due fogli di gel, sono in grado di produrre 110 volt di carica in pochi secondi.

Questo è un enorme passo avanti dal metodo precedente, ma la corrente era ancora troppo bassa per la maggior parte delle applicazioni pratiche.

Su suggerimento di un collega, hanno provato a collegare i gel attraverso una piega Miura, un tipo di origami che consente ai gel di impilarsi su un foglio piegato. I gel si collegano simultaneamente con una vasta area di contatto, più simile alla geometria delle cellule dell’anguilla. Questo metodo ha aumentato la corrente di energia e ha impedito sprechi riducendo il tempo necessario per la connessione dei gel.

Guha dice che lui e il suo team vorrebbero trovare un modo per rendere l’idrogel più sottile, il che consentirebbe una corrente ancora più elevata. Immaginano che un giorno questo sistema, o qualcosa del genere, potrebbe essere usato per alimentare dispositivi come i pacemaker.

“Poiché la fonte di energia è un gradiente ionico,” dice Guha, “la nostra speranza è che si possa impiantare uno di questi dispositivi e che il potere possa essere mantenuto dai gradienti ionici all’interno del corpo umano.”