Группа исследователей из американского университета Case Western Reserve University опубликовали в онлайн-журнале Американского химического сообщества своё исследование, которое заключалось в опытном преобразовании энергии химических процессов насекомого в электроэнергию. Полученная электроэнергия используется для питания имплантированных датчиков и записывающих устройств.
"Начать с нуля и сделать что-то работающее, как насекомое - это практически невозможно" - говорит Дэниел Шэрсан (Daniel Scherson), профессор химии CWRU и главный автор научной статьи. "Использование насекомых станет значительно проще. Для этого нужна вырабатываемая насекомым электроэнергия, необходимая для питания датчиков или возбуждения нейронов, что позволит управлять насекомым, заставляя исполнять ваши команды"
Исследовательская команда состояла из профессора Шэрсана, аспиранта Мишеля Расмуссена (Michelle Rasmussen), профессора биологии Роя Ризмана (Roy E. Ritzmann), профессора химии Ирэн Ли (Irene Lee) и помощника по биологическим исследованиям Алана Поллака (Alan J. Pollack). Ключевым моментом на пути конвертации химической энергии стало использование для создания анода серии выделяемых пищеварительной системой таракана ферментов.
Первый фермент расщепляет сахар, постоянно вырабатываемыми организмом таракана из пищи, трегалозы на два простых сахара (моносахариды). Второй фермент окисляет моносахариды, в результате чего высвобождаются электроны. После чего образуется электрический ток, который движется к катоду, где кислород из воздуха забирает электроны и образуется вода.
После тестирования трегалозной системы, электроды-прототипы были установлены в брюшную область самки таракана в относительном отдалении от жизненно важных внутренних органов.
"Насекомые имеют открытую систему кровообращения, благодаря чему кровь не находится под большим давлением. В случае с позвоночными, если в вену или артерию ввести зонд, то давление обязательно погонит кровь вон из системы через прокол. С насекомыми таких проблем нет." - объясняет Ризман. На протяжении исследования учёные выяснили, что при длительной эксплуатации насекомого системой, его тельцу не насосится значительного вреда. Насекомое остаётся достаточно жизнеспособным, что даёт возможность длительного использования системы и соответственно контроля насекомого для выполнения сложных(затяжных) задач.
Для определения мощности получаемого заряда исследователи использовали потенциостат. Оказалось, что максимальная мощность составляет примерно 100 микроватт на квадратный сантиметр при напряжении 0,2 вольта:максимальная плотность тока около 450 микроампера на квадратный сантиметр.
Исследование проводилось в течение 5 лет. На 4м году оно приостановилось, так как возникли проблемы с трегалозой. Сейчас, когда исследование было успешно завершено, группа исследователей приступает к новому этапу, главной целью которого будет 1) миниатюризация топливного элемента, который мог бы быть полностью имплантирован и позволит насекомому свободно бегать/летать; 2) найти материалы, которые могут находиться внутри насекомого длительное время и в сотрудничестве с другими учёными создать передатчик, который будет питаться небольшим количеством энергии; 3) установить лёгкую перезаряжаемую батарею (дополнительный источник энергии). Другими словами, учёные поставили перед собой сделать мечту разведчика - полноценное насекомое на управление с интегрированной аппаратурой слежения. И если всё пойдёт в соответствии с планом учёных, то в недалёком будущем мания преследования рискует стать обычным явлением, особенно в местах обитания тараканов. Травите тараканов, пока усатые не превратились в киборгов)).
МАГАЗИН ПМ
4
