Filmis The Matrix kasutatakse paaniliselt suure mehaanilise võimekuse saavutamiseks tundlikke ja poolteadlikke inimesi. Kuigi see põhimõte on ilmselgelt kaugeleulatuv, on bioakud tõelised. New Science-Newsi viimases numbris kirjeldavad New Yorgi-Binghamtoni osariigi ülikooli teadlased uut viisi bakterite kasutamiseks väikeste andurite patareidena. Ehkki bioakusid on kasutatud vähese energiatarbega elektroonikas, pole need kunagi olnud laialdaselt kasutamiseks piisavalt lihtsad ega tõhusad. Nii on Binghamtoni grupp välja töötanud uue, hõlpsama viisi MFC-dena tuntud mikroobsete kütuseelementide loomiseks ja levitamiseks, kasutades ühte paberilehte ja külmkuivatatud baktereid, mida saab aktiveerida vaid väikese süljega.
MFC-de, eriti paberipõhiste, oluline eesmärk on võimaldada vähese energiatarbega elektroonika, eriti andurite kasutamist, kui tavaline aku on ületalve ja kulusid ületamatu. Need ei laadita kellegi telefoni, kuid need kulutavad piisavalt energiat LED-i või tõenäolisemalt diagnostikaandurite kasutamiseks, mida saaks kasutada HIVi või vähktõve tuvastamiseks, glükoosisisalduse jälgimiseks ja muuks.
"[MFC-sid] saab kasutada piiratud ressurssidega keskkondades, nagu arengumaad, " ütleb looja Seokheun "Sean" Choi, Binghamtoni elektri- ja arvutitehnika abiprofessor. “Probleemiks on siiski jõud. Me ei saa kasutada müügil olevaid akusid ega hiljutisi energiakogumistehnoloogiaid, kuna need on ühekordselt kasutatavate biosensorite jaoks liiga raiskavad ja kallid. ”
Choi meeskonna kasutatud baktereid Shewanella oneidensis kasutatakse nanotehnoloogias sageli tänu oma võimele vähendada metalle ja elada hapnikuvaeses keskkonnas. Just redutseerimine, milles positiivsed ioonid eraldatakse negatiivsetest, muudab piklikud, kahe mikromeetrised rakud biopatareides kasulikuks - tulemuseks on vabalt laetud osakesed, mida saab kasutada energiaallikana.
Nagu tavaline aku, töötab ka bioaku positiivselt laetud klemm (nn katood) ja negatiivselt laetud klemm (anood). Kuna bakterid lagundavad toiduallikat (tavaliselt glükoosi), vabastavad selle hingamisfunktsioonid elektronid ja prootonid, mida saab kasutada energiana.
"Kui me projekteerime nende keskkonna selliselt, et hapnik on piiratud, ja siis saame kindla elektroodi, siis saame neid elektrone hõivata, " ütleb Choi.
Choi uuendus on seotud paberkandjal MFC-de struktuuriga. Kuidas ta küsis, kuidas saate teha odavat paberist bioakut, mis on võimeline andma energiat lihtsatele elektroonilistele anduritele, kuid mida on ka lihtne kasutada ja transportida? Tema lahenduses kasutati mõnda uut tehnikat, peamiselt külmkuivatamist ja voltimist.
Aku struktuur moodustatakse kromatograafiapaberi lehest, mis on jagatud kortsusvõrguks. Üks sektsioon, mis on valmistatud hõbenitraadist ja kaetud vahaga, moodustab katoodi. Teine juhtivast polümeerist osa toimib anoodina ja kolmas sisaldab reservuaari bakterite ja selle energiaallika jaoks. Choi eellaadib reservuaari bakteritega ja külmutab-kuivatab need. Sel viisil saab neid transportida või ladustada kuni kaks nädalat.
Kasutamiseks sülita lihtsalt reservuaari ja voldi katoodi ja anoodi keskele. Jah, sülitama; bakterite liikumiseks on vaja vaid natuke orgaanilist ainet ja sülg sisaldab glükoosi. See võib olla ükskõik, kuid sülg on üldiselt saadaval ja vähem taunitav kui mõned alternatiivid.
Choi looming on osa kasvavast ja olulisest papertroonika valdkonnast. (Binghamtoni ülikool) Rutgersi mehaanilise ja kosmosetehnoloogia abiprofessor Aaron Mazzeo teeb papertroonilisi andmeid inimese ja masina elastsete liideste jaoks - näiteks kantavad paberiseadmed kortisooli higi jälgimiseks, mis on stressinäitaja. Choi omale sarnane aku võiks olla vajalik energiaallikas.
"Neil seadmetel on toiteallikaks jätkuv väljakutse, " ütleb Mazzeo. „Elektrienergia omamine võimaldab teil diagnoosi teha, kuid võib ka signaale võimendada, nii et võite tuvastada väiksemaid koguseid. See on väljapääs tulevikus, kuid seda tüüpi asjad võivad olla kasulikud mitte ainult kortisooli mõõtmiseks, vaid võib-olla isegi selliste asjade jaoks nagu kolesterool või alkohol või muud kliiniliselt olulised markerid veres, uriinis või higis. "
Nii Mazzeo kui ka Choi tööd on osa kasvavast ja olulisest papertroonika valdkonnast. Teadlased leiavad üha rohkem ja paremaid viise, kuidas vooluringid, kondensaatorid, akud ja isegi päikesepatareid ning kasutajaliidesed (nagu seda teeb Mazzeo grupp) paberile. Enne Choi tööd on akud, mis on kõiki neid rakendusi kasutanud, olnud keerulised asjad, mis koosnevad mitmest paberilehest, mis peavad olema täpselt kokku sobitatud.
"Ma arvan, et sellel alal on reaalne potentsiaal anda oma panus ühiskonna jätkuvatesse püüdlustesse keskkonnastabiilsuse, ohutuse, kommunikatsiooni, tervise ja jõudluse alal, " ütleb Mazzeo.
Kuid alati on vaja neid elektroonikaid toita, nii et Choi soovib endiselt oma akusid võimsamaks ja tõhusamaks muuta ning uurib erinevaid võimalusi nende voltimiseks ja virnastamiseks, samuti inseneribaktereid, et olla paremad energiatootjad.
