De voortschrijdende integratie van technologie in levende organismen vraagt om een energiebron die biocompatibel en buigzaam is en in staat om energie te onttrekken aan een biologisch systeem. Het genereren van elektriciteit in het lichaam kan een duurzame energiebron zijn voor implanteerbare apparaten zoals pacemakers, sensoren, medicatiepompen en protheses, maar ook voor wearable devices.

Bron: University of Fribourg

Kijken naar de natuur voor inspiratie

In de hoop een oplossing voor dit probleem te vinden, hebben onderzoekers van het Adolphe Merkle (niet Angela Merkel) Institute ( AMI ) van de Zwitserse University of Fribourg, de University of Michigan en de University of Californië San Diego uitgebreid onderzoek gedaan naar de sidderaal.

Vele kleintjes maken één grote
Het elektrische orgaan van de aal, dat ongeveer 80% van zijn lichaam in beslag neemt, bestaat uit parallelle stapels van lange, dunne cellen die bekend staan als elektrocyten. Op commando van het brein genereren deze cellen elk een kleine spanning door aan één kant van de cel natriumionen naar binnen te laten gaan en aan de andere kant kaliumionen uit te scheiden. Hiermee kan een spanning van wel 600 V worden opgewekt.
Geïnspireerd door dit principe hebben de wetenschappers een energiebron ontworpen die elektriciteit genereert uit het verschil in zoutgehalte tussen compartimenten met zoet water en zout water, gescheiden door ionen-selectieve membranen. Door meerdere honderden van zulke compartimenten in serie te zetten kan een spanning van 110 V worden gegenereerd uit niets anders dan zout en water.

Ruimtevaarttechnologie & 3D-printen
Om alle cellen tegelijk te triggeren hebben de onderzoekers gebruik gemaakt van een geprinte structuur, die oorspronkelijk is ontwikkeld voor het uitvouwen van zonnepanelen in de ruimte.

Elke component van deze energiebron is gemaakt van een hydrogel, een polymeercel die water bevat en zoutionen kan doorlaten. Deze componenten kunnen met behulp van een 3D-printer worden opgebouwd op heldere plasticfolie.

We zijn er nog niet
De resultaten zijn nog ver verwijderd van de capaciteiten van de sidderaal. Het aftappen van de metabolische energie in het lichaam blijft de grote moeilijkheid. Er zijn meerdere methoden die onderzocht kunnen worden, zoals het mobiliseren van ionenverschillen in bijvoorbeeld maagvloeistoffen of het omzetten van mechanisch spiervermogen in elektrische energie.