Les anguilles électriques, qui glissent le long des fonds boueux des étangs et des ruisseaux des bassins de l'Amazone et de l'Orénoque en Amérique du Sud, peuvent provoquer un choc suffisamment puissant pour faire tomber un cheval. Leur pouvoir provient de cellules appelées électrocytes qui se déchargent lorsque l'anguille chasse ou se sent menacée.
Maintenant, les chercheurs s’inspirent de ces anguilles (non pas techniquement, mais d’un type de poisson) pour développer de nouvelles sources d’énergie capables d’alimenter un jour des appareils électriques du corps humain, tels que des stimulateurs cardiaques, des capteurs et des prothèses. organes.
Les anguilles électriques peuvent synchroniser simultanément le chargement et le déchargement de milliers de cellules de leur corps, explique Max Shtein, scientifique en matériaux à l'université du Michigan, qui a travaillé sur la recherche.
«Si vous envisagez de le faire très rapidement (en une fraction de seconde à la fois) pour plusieurs milliers de cellules simultanément, c'est un schéma de câblage plutôt astucieux», dit-il.
Les électrocytes d'une anguille électrique sont grands et plats, avec des centaines empilés horizontalement. En raison de la manière dont elles sont empilées, les minuscules tensions individuelles des cellules ont un impact considérable. Cela est possible parce que le tissu environnant isole les électrocytes afin que la tension soit transmise à l'eau devant le poisson - étourdissant ou tuant une proie ou une menace - puis revenant pour créer un circuit complet.
Une équipe dirigée par Michael Meyer, collaborateur de Shtein à l'Université de Fribourg, a tenté de reproduire la physiologie de l'anguille en créant environ 2 500 unités à base de sodium et de chlorure dissoutes dans des hydrogels à base d'eau. Ils ont imprimé des rangées de minuscules boutons multicolores d'hydrogels sur de longues feuilles de plastique, en alternant les hydrogels salés avec ceux fabriqués uniquement avec de l'eau. Ils ont ensuite imprimé une deuxième feuille d'hydrogels sélectifs en charge, chacun permettant le passage de gels de sodium chargés positivement ou négativement. Lorsque les feuilles ont été pliées, en utilisant une technique d’origami spéciale, les gels en alternance se sont touchés et ont généré de l’électricité. Le système a généré 110 volts - une secousse décente, mais bien inférieure à la puissance de sortie d’une anguille, dotée de cellules plus minces et moins résistantes.
Hydrogels sélectifs de la charge sur une feuille d'hydrogels salins (rouge) et d'eau douce (bleu) (Université du Michigan) L'équipe, qui comprenait également des chercheurs de l'Université de Fribourg et de l'Université de Californie à San Diego, a écrit sur son prototype dans la revue Nature le mois dernier.
Le système d'hydrogel est souple et flexible, ce qui pourrait en faire une source d'alimentation potentiellement intéressante pour les robots à corps mou dont les mouvements seraient gênés par des batteries dures. Il est également exempt d'ingrédients potentiellement toxiques contenus dans les piles traditionnelles, telles que le plomb. Et comme le système est fabriqué à partir de composants artificiels plutôt que de tissus biologiques, son potentiel de rejet immunitaire est faible.
Les chercheurs espèrent pouvoir augmenter la puissance du système en amincissant les membranes d'hydrogel. Ils espèrent également imiter la capacité de l'anguille à utiliser ses propres fluides corporels pour maintenir les différences de concentration d'électrolyte entre électrocytes. Cela pourrait permettre d'alimenter en permanence un dispositif implanté sans entrée externe.
"La beauté des bio-batteries d'anguilles électriques réside dans le fait qu'elles ont des principes simples et que les particules chargées qui se déplacent pour générer du courant sont facilement disponibles - essentiellement des ions en solution, comme dans le sel de table - qui se produisent naturellement dans notre corps, " explique Harold Zakon, professeur de neuroscience à l'Université du Texas à Austin, qui étudie l'anguille électrique. "Puisque les cellules d'organes électriques sont chargées en déplaçant des ions à travers les membranes cellulaires, elles ne devraient jamais être branchées au mur ou à une source d'alimentation externe, mais dépendraient de la propre énergie du corps pour les maintenir chargées."
