FoodPro Preloader

Cyborg Snegler Power Up


Av Richard Van Noorden of Nature magazine De dusin eller så brune hage sneglene som kryper rundt plastmaterialet, mosefylt terrarium i Evgeny Katz laboratorium ser normalt ut, men de har en skjult superkraft: de produserer strøm. I hver mollusk har Katz og hans team på Clarkson University i Potsdam, New York, implantert små biobrenselceller som trekker ut elektrisk kraft fra glukosen og oksygen i sneglens blod. Mu

Av Richard Van Noorden of Nature magazine

De dusin eller så brune hage sneglene som kryper rundt plastmaterialet, mosefylt terrarium i Evgeny Katz laboratorium ser normalt ut, men de har en skjult superkraft: de produserer strøm.

I hver mollusk har Katz og hans team på Clarkson University i Potsdam, New York, implantert små biobrenselceller som trekker ut elektrisk kraft fra glukosen og oksygen i sneglens blod. Munching hovedsakelig på gulrøtter, cyborg sneglene bor i rundt et halvt år og generere elektrisitet når deres implanterte elektroder er koblet til en ekstern krets. "Dyrene er ganske egnede - de spiser, drikker og kryper. Vi tar vare på å holde dem levende og lykkelige, " sier Katz.

Selvdrevne cyborgs

Snegler er bare en av flere levende vesener som har blitt "elektrifisert" slik. Katzs forskning, rapportert forrige uke i Journal of the American Chemical Society, kommer varmt på hælene i et januar-papir i samme journal fra forskere ledet av Daniel Scherson på Case Western Reserve University i Cleveland, Ohio, som har implantert biodrivstoffceller i levende kakerlakker. Og i arbeid som ennå ikke skal publiseres, rapporterer Sameer Singhal, som leder et team som arbeider med biomedisinsk og energiteknologi hos CFD Research Corporation i Huntsville, Alabama, sammen med forskere ved University of California, Berkeley, om å implantere biodrivstoffceller i biller. Insektene overlevde prosessen og genererte kraft i mer enn to uker, sier forskerne.

Alle disse tiltakene er rettet mot å bidra til å lage insekter (eller snegl) cyborgs, et konsept som har tiltrukket midler fra det amerikanske forsvarsdepartementet. I minst tiår har forskere opprettet batteridrevne mikrokretser med sensorer og radioantenner, og implanterer dem i ulike feil og skumle crawlies, slik at skapningene kunne samle informasjon om omgivelsene for miljøovervåkning eller militære formål.

Men batterier kan være for store og kortvarige for å drive lange oppdrag - det er der ideen om å tappe inn i skapningens egen metabolisme kommer inn. Katz har vist at i snegler kunne biobrenselceller gi en jevn dribling av kraft i flere måneder . "Den virkelig imponerende delen av [Katz's] arbeid er at implantasjonen gir et så stabilt potensial i så lang tid, sier Shelley Minteer, som jobber med biodrivstoffceller ved University of Utah i Salt Lake City.

Små skapninger, liten kraft

Selv om svært store biodrivstoffceller kan strømme til mobiltelefoner og andre enheter, er det tvilsomt at de små, få centimeter store cellene i levende vesener kan selvkjøpskompliserte handlinger - som for eksempel fjernstyrt fly - peker ut Plamen Atanassov, en brenselcelleekspert som leder senteret for nye energiteknologier ved University of New Mexico i Albuquerque.

I levende vesener er hastigheten hvor biodrivstoffceller kan trekke ut energi - og dermed mengden kraft de kan gi - begrenset av deres elektroderes størrelse, og også hvor raskt sukker og oksygen kan tas fra skapningene "blod (eller i sneglens tilfelle, ikke blod, men et beslektet fluid som kalles hemolymf).

Katz snegler produserte for eksempel 7, 45 mikrogatt, men etter 45 minutter hadde kraften redusert med 80%. For å tegne kontinuerlig kraft måtte Katz team redusere kraften de tok ut til 0, 16 mikrogatt.

Scherson sier at han tror at han vil kunne få noen hundre mikrogattene ut av kakerlakker (hans biobrenselceller spiser på trehalose, et annet sukker fra glukose). Singhal rapporterer lignende resultater for biller. Scherson, som jobber med et stort selskap for å bygge mikroelektronikk kretser for kakerlakkene, peker på at strøm ikke trenger å bli trukket kontinuerlig, men kan lagres opp i kondensatorer og frigjøres i pulser; han har allerede klart å produsere og oppdage et radiosignal fra cockroaches på denne måten, sier han.

Humane implantater?

Philippe Cinquin ved Joseph Fourier-universitetet i Grenoble, Frankrike, og hans kolleger tar biodrivstoffceller i en annen retning - implanterer dem til rotter. Deres arbeid, utgitt i 2010, markerte de første skrittene mot bruk av biokompatible brenselceller hos mennesker, slik at vår egen blodforsyning kunne drive medisinsk utstyr med lav effekt, som pacemakere.

I disse tilfellene må brenselcellene komme med biokompatible membraner som sikrer at implantatene ikke avvises av kroppen, påpeker Cinquin. Teamet hans har allerede lansert et selskap for å utvikle kunstige urin-sphincter, som krever 300-500 mikrogatter av kraft, og det kan derfor trekke på glukosebrensel fra kroppen. Selvfølgelig finnes det allerede batterier for slike applikasjoner - men mindre biobrenselceller kan i teorien gi en mer praktisk og langvarig måte å drive slike enheter på.

Adam Heller, en kjemisk ingeniør ved University of Texas i Austin, der 2003-arbeidet startet mye av entusiasmen ved å vise hvordan biodrivstoffceller kunne generere kraft fra en drue, sier at implanterbare biodrivstoffceller kan være nyttige for lavt strømforbruk, lavt -energi-applikasjoner som stimulerende enkelt nerver. Men han advarer, disse programmene kan være en generasjon unna.

I mellomtiden sier Katz at han har som mål å flytte videre til dyr som er større enn snegler, da stoffskiftet gir mer kraft. Neste opp for ham: cyborg hummer.

Denne artikkelen er reprodusert med tillatelse fra bladet Nature . Artikkelen ble først publisert 12. mars 2012.

Siste nytt

Anbefalt


Aviation Industry ser ut til å løse et karbonproblemManglende nøytroner kan føre et hemmelig liv som mørk materieKan vi holde flyene trygge uten å drepe så mange fugler?Hva lærer forskere ved å binde fugler?Records from Ancient China Reveal Link Between Epidemics and Climate ChangeMan-Made Genetiske Instruksjoner Yield Living Cells for første gang2017 Var det tredje hotteste året på rekord for USABybeboere Kjør avskoging i 21. århundre