Electricitatea poate fi produsă prin diferite modalități, unele dintre acestea fiind inspirate din comportamentele unor pești. Aceste hidrogeluri viu colorate, imprimate 3D, au potențialul de a crea până la 110 volți de energie electrică instant, asemănător peștilor răpitori, numiți țipari electrici.
Rândurile create din mici puncte de hidrogel sunt împachetate cu ioni încărcați pozitiv și negativ, care se suprapun pentru a mima structura celulară a unui țipar. Printându-le și așezându-le unele peste altele, aceste hidrogeluri produc tensiuni mari, în timp ce, o conexiune la o suprafață de contact mai mare produce curent. Cercetătorii speră că acest sistem ar putea duce la apariția unui dispozitiv care ar genera energie din interiorul corpului uman.
„Țiparul este capabil să producă cantități foarte mari de putere, de aceea credem că este deosebit”, susține Anivan Guha, unul dintre cercetătorii proiectului, proiectant la Universitatea Fribourg din Elveția. „Așa că am început să ne gândim dacă am putea crea sau nu, un sistem care ar putea genera electricitate în același mod”, continuă el.
Abilitatea unică a țiparului vine de la un organ specializat care stochează mii de celule electrice, numite electrocite. Componența chimică a acestor celule le permite să se încarce pozitiv sau negativ. Membranele înconjurătoare controlează încărcarea, permițând trecerea ionilor. În același timp, are loc stimularea unei reacții electrice sau blocarea ionilor, făcând ca organul să aibă sarcină neutră, fiind într-o stare latentă.
Atunci când un țipar este amenințat sau își urmărește prada, se transmite un semnal neuronal la electrocitele din membrană, lăsând ionii pozitivi să intre în celule. Într-o secundă, tensiunea electrică din fiecare celulă poate merge de la 0 mV la 150 mV, producând un total de până la 600 V.
Tehnologia nou apărută funcționează similar, utilizând patru tipuri diferite de hidrogeluri pentru a imita sistemul electric al țiparului. Unul dintre hidrogeluri are o concentrație mare de sare, altul are o concentrație mică de sare și două membrane încărcate energetic, una negativă și una pozitivă.
Prima încercare de a implementa acest sistem a implicat utilizarea unui dispozitiv care împingea hidrogelurile, într-o anumită ordine, în tuburi. Cu cât sunt mai multe hidrogeluri într-o secvență, cu atât tensiunea este mai mare. Dar, cercetătorii nu au putut construi o serie suficient de lungă pentru a produce tensiunea dorită.
Astfel, cercetătorii au trecut la imprimarea 3D. Au printat o secvență de aproximativ 2.500 de hidrogeluri, pe două foi de plastic, A4. Când au conectat cele două foi cu hidrogel, au fost capabili să producă 110 V, în câteva secunde.
Aceasta a reprezentat o creștere imensă a energiei electrice față de metoda anterioară, însă curentul era mult prea mic pentru a avea aplicații practice.
La sugestia unui coleg, au încercat să conecteze hidrogelurile printr-o pliere de tip Miura-ori, provenită din arta origami, care permite suprapunerea gelurilor. Gelurile se conectează simultan pe o zonă mare de contact, asemănându-se cu geometria celulelor țiparului. Această metodă a mărit cuantumul de curent și a prevenit risipa de energie, prin reducerea timpului necesar pentru conectarea hidrogelurilor.
Astăzi, cercetătorii încearcă să găsească o modalitate de a face hidrogeluri mai subțiri, pentru a permite obținerea unui curent și mai mare. Ei își imaginează că într-o bună zi, acest sistem, sau unul asemănător, ar putea fi folosit pentru alimentarea dispozitivelor biologice interne, cum ar fi stimulatoarele cardiace.