Photo credit: 《An electric-eel-inspired soft power source from stacked hydrogels》 原文刊登於 The Atlantic，36Kr 編譯，INSIDE 獲授權轉載。
ED Yong 日前發表了一篇名為 A New Kind of Soft Battery, Inspired by the Electric Eel 的文章，介紹了現在剛研發出來，一種模仿電鰻發電機制的軟體電池，讓人不禁感慨自然界的神奇。
1799 年，義大利科學家 Alessandro Volta（伏特）用鋅和銅做了一個手臂長度的電池堆，鋅和銅是用鹽浸的紙殼分開的。這個「電流堆」是世界上第一個合成電池，但是 Volta 的設計基礎卻很古老——電鰻的身體。
電鰻可以透過發電器官來自我發電，發電器官佔了其兩米長身體的 80%。發電器官含有數千個特殊的肌肉細胞，名為發電細胞。每個細胞可以產生一個小小的電壓，但是合在一起，這些細胞可以產生 600 伏特左右的電壓，足以電死一個人，甚至一匹馬。這些細胞也使 Volta 在電池研發上有了更多想法，也讓他享譽盛名。
兩個世紀之後的今天，電池已經成為了不可或缺的日用品。但即使是現在，電鰻還在為科學家提供靈感。在佛立堡大學，由 Michael Mayer 帶領的研究隊伍 創造了一種新的能量來源，模仿的就是電鰻的發電器官。其含有多種顏色的凝膠塊，呈長條排列，很像電鰻的發電細胞。想啟動電池，只需要一起按壓這些凝膠。
與傳統電池不同，這個團隊設計的電池又軟又靈活，可能會為下一代的軟體機器人供能。因為材料更貼合人體，電池也可能用於製造下一代的電擊器、修復材料和醫學植入物。想像一下，以後可通電隱形眼鏡的靈感可能就來自一條魚。
為了研發這種不同尋常的電池，團隊成員 Tom Schroeder 和 Anirvan Guha 在開始時閱讀了大量關於電鰻發電細胞如何運作的資料。這些細胞以長條狀堆疊，細胞之間充滿液體。就好像把抹了蜂蜜的薄餅一層一層堆起來，堆到很高，然後把它放倒，就和這個電池很像了。
電鰻休息的時候，每個發電細胞都會把陽離子從背面和正面發射出去，產生兩個相反的電壓，互相抵消。但電鰻需要電的時候，發電細胞的背面就會翻過來，向相反的方向放出陽離子，就會產生一點電壓。關鍵的是，每個發電細胞都會同時完成這個操作，所以加起來的電壓是十分高的。就好像電鰻的尾巴里有幾千個小電池，其中有一半的方向是反的，但是它們可以同時翻轉，產生電壓。「這簡直太神奇了，」Schroeder 說。
Photo credit:《An electric-eel-inspired soft power source from stacked hydrogels》 他和同事本來想在實驗室裡重塑整個發電器官，但是很快就意識到那太複雜了。之後，他們想到可以製造大量的細胞膜來模仿發電細胞堆，但是這些材料無法大量操作，因為如果一個破了，整個系統就會停擺。Schroeder 說：「這樣會遇到『串聯小燈泡』的問題，一個燈泡壞了，一串燈泡都不亮了。」
最後，他和 Guha 選了更簡單的一種配置方式，在兩片板材上排列放置凝膠塊。如下圖中的底板，紅色凝膠含有鹽水，藍色的含有淡水，離子可以從紅色流到藍色，但是由於凝膠是分散的，所以離子並不能流動。當另一塊板材上的綠色和黃色凝膠橋連上紅藍凝膠之間的縫隙時，離子就有了移動的通道。
厲害的地方來了：綠色凝膠塊只允許陽離子通過，黃色的只允許陰離子通過。也就是說陽離子只能從一邊流入藍色凝膠，陰離子則從另一邊流入，藍色凝膠周圍就會產生電壓，就像發電細胞一樣，而且每個凝膠塊會產生一個小電壓，但是數以千計的凝膠塊成行排列，最高可產生 110 伏特的電壓。
在電鰻神經元發出信號後，電鰻的發電細胞就會開始放電。但是 Schroeder 的電池開關就簡單很多了，只要把凝膠積壓在一起就可以。
承載凝膠的板材太大會很不方便。但是密西根大學的工程師 Max Shtein 提出了一個聰明的解決辦法——摺紙。用把太陽能板放進衛星的折疊方式來折疊凝膠板，然後把每個顏色的順序排好，這樣整個電池所佔的空間就會小很多，大小只有隱形眼鏡那麼大，說不定哪天真的可以佩戴到身上。
但對現在來說，這種電池必須要具備充電功能。電池一旦啟動，可以供電幾小時，之後整個凝膠中的離子會趨於平衡，電池也就沒電了。之後你需要把電池通上電，讓凝膠回到高鹽度和低鹽度排列的狀態。但 Schroeder 指出我們的身體會持續地補充離子含量不同的液體，或許有朝一日我們可以利用這些液體來製造電池。
重要的是，這會讓人體變得像電鰻一樣。我們不太可能會電死其他人，但是我們可以利用體內的離子原料為小型植入物供能。當然，Schroeder 說這只是一個初步的設想，並沒有實際的計劃。他說：「很多東西常因為種種原因無法實現，所以我也不想抱有太大的期望。」
范登堡大學的 Ken Catania 花了很多年來研究電鰻的生物學原理，他認為這個設想也不是不合理。「Volta 的電池可以不只是裝在手機裡，你看現在，我們都已經離不開電池了，」他說。「這可能再造歷史。」
他補充道：「我很驚訝電鰻能為科學界帶來這麼多貢獻，這對科學基礎價值觀來說，是一個很好的範例。」Schroeder 只在動物園裡見過電鰻，但他想有一天去親自看看電鰻。「我從來沒被電鰻電過，但我覺得我應該被電一下試試，」他說。
論文原文刊登於 Nature。
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