Các nhà nghiên cứu tại Đại học Massachusetts Amherst gần đây đã thông báo rằng họ đã tìm ra cách thiết kế một màng sinh học thu năng lượng trong quá trình bay hơi và chuyển đổi thành điện năng.
Màng sinh học này, được công bố trên tạp chí Nature Communications, có tiềm năng cách mạng hóa thế giới thiết bị điện tử đeo được, cung cấp năng lượng cho mọi thứ, từ cảm biến y tế cá nhân đến thiết bị điện tử cá nhân.
>> Tham khảo: Chất bán dẫn kỳ diệu thế hệ tiếp theo.
“Đây là một công nghệ rất thú vị,” Xiaomeng Liu, sinh viên tốt nghiệp ngành kỹ thuật điện và máy tính tại Đại học Kỹ thuật UMass Amherst và là tác giả chính của bài báo cho biết. “Đó là năng lượng xanh thực sự, và không giống như các nguồn được gọi là ‘năng lượng xanh’ khác, việc sản xuất nó hoàn toàn xanh.”
Đó là bởi vì màng sinh học này – một tấm tế bào vi khuẩn mỏng có độ dày bằng một tờ giấy – được tạo ra một cách tự nhiên bởi một phiên bản kỹ thuật của vi khuẩn Geobacter sulfurreducens.
G. sulfurreducens được biết là sản xuất điện và trước đây đã được sử dụng trong “pin vi khuẩn” để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện.
Nhưng những loại pin như vậy đòi hỏi G. sulfurreducens phải được chăm sóc đúng cách và cho ăn một chế độ ăn kiêng liên tục.
>> Tham khảo: Các nhà nghiên cứu thiết kế chất điện phân thế hệ tiếp theo cho pin kim loại lithium.
Ngược lại, màng sinh học mới này, có thể cung cấp nhiều năng lượng, nếu không muốn nói là nhiều hơn một cục pin có kích thước tương đương, hoạt động và hoạt động liên tục vì nó đã chết. Và bởi vì nó đã chết, nó không cần được cho ăn.
“Nó hiệu quả hơn nhiều,” Derek Lovley, Giáo sư Vi sinh học xuất sắc tại UMass Amherst và là một trong những tác giả cấp cao của bài báo cho biết. “Chúng tôi đã đơn giản hóa quá trình tạo ra điện bằng cách cắt giảm triệt để lượng xử lý cần thiết.
Chúng tôi phát triển bền vững các tế bào trong màng sinh học, sau đó sử dụng sự kết tụ của các tế bào đó. Điều này cắt giảm năng lượng đầu vào, làm cho mọi thứ trở nên đơn giản hơn và mở rộng phạm vi ứng dụng tiềm năng.”
Bí mật đằng sau màng sinh học mới này là nó tạo ra năng lượng từ độ ẩm trên da của bạn. Mặc dù hàng ngày chúng ta đọc những câu chuyện về năng lượng mặt trời, nhưng ít nhất 50% năng lượng mặt trời đến trái đất sẽ làm nước bốc hơi.
Jun Yao, giáo sư kỹ thuật điện và máy tính tại UMass, đồng thời là tác giả cấp cao khác của bài báo cho biết: “Đây là một nguồn năng lượng khổng lồ chưa được khai thác.
>> Tham khảo: Tác động khí hậu và sức khỏe của các hạt khí quyển.
Vì bề mặt da của chúng ta liên tục ẩm ướt với mồ hôi, màng sinh học có thể “cắm vào” và chuyển đổi năng lượng bị khóa trong quá trình bốc hơi thành năng lượng đủ để cung cấp năng lượng cho các thiết bị nhỏ.
Yao nói: “Yếu tố hạn chế của thiết bị điện tử đeo được luôn là nguồn điện. Pin hết và phải được thay hoặc sạc. Chúng cũng cồng kềnh, nặng nề và không thoải mái.”
Nhưng một màng sinh học dẻo, nhỏ, mỏng, trong suốt tạo ra nguồn cung cấp điện liên tục và ổn định và có thể đeo, giống như Băng cá nhân, như một miếng dán trực tiếp lên da, sẽ giải quyết được tất cả những vấn đề này.
Điều làm cho tất cả điều này hoạt động là G. sulfurreducens phát triển thành các khuẩn lạc trông giống như những tấm thảm mỏng và mỗi vi khuẩn riêng lẻ kết nối với các lân cận của nó thông qua một loạt các dây nano tự nhiên.
Sau đó, nhóm nghiên cứu thu hoạch những tấm thảm này và sử dụng tia laze để khắc các mạch nhỏ vào phim. Sau khi các màng được khắc, chúng được kẹp giữa các điện cực và cuối cùng được niêm phong trong một loại polyme mềm, dính, thoáng khí mà bạn có thể dán trực tiếp lên da của mình. Khi cục pin nhỏ này được “cắm vào” bằng cách áp vào cơ thể bạn, nó có thể cung cấp năng lượng cho các thiết bị nhỏ.
>> Tham khảo: Phương pháp mới tạo công tắc di truyền nhân tạo cho nấm men.
Yao cho biết: “Bước tiếp theo của chúng tôi là tăng kích thước của phim để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử đeo trên da tinh vi hơn”.
Nghiên cứu này được nuôi dưỡng bởi Viện Khoa học Đời sống Ứng dụng (IALS) tại UMass Amherst, nơi kết hợp chuyên môn sâu và liên ngành từ 29 phòng ban để biến nghiên cứu cơ bản thành những đổi mới có lợi cho sức khỏe và hạnh phúc của con người.
