Сила природы — на благо человеку

Какие только альтернативные источники энергии не искали ученые прошлого! Вот, например, токийский «Майнити дейли ньюс» уже в таком далеком 1968 году на полном серьезе писал, что электричество в будущем, возможно, будут добывать… из угрей.  О свойствах этих удивительных обитателей рек и озер читатели «За рубежом» впервые узнали из номера 16 (409) за 12-18 апреля 1968 года.

Электрические угри, обитающие в южноамериканских водоемах, — поистине удивительные рыбы. Кроме исполинского  размера – в длину они порой достигают 2,5 метра и весят при этом около 20 килограммов — среди других рыб они выделяются и тем, как добывают себе пищу. Угри, хоть и имеют ряды острых зубов, способ охоты используют бесконтактный — как только они замечают свой потенциальный обед, то направляют в его сторону серию электрозарядов, оглушающих, а часто и убивающих жертву на месте. Таким эффективным и смертоносным оружием угрей одарила природа.

«B результате кропотливых исследований стало известно, что электрические заряды, генерируемые угрями, возникают в десятках тысяч специальных клеток, называемых электробляшками. Эти электробляшки располагаются колонками по обеим сторонам тела угря. В каждой из 70 колонок на боку угря имеется до 10 тысяч подобных электробляшек. Электрический заряд возникает в теле угря в тот момент, когда рыба передает импульс на нервные окончания, связанные с клетками-электробляшками».

И хотя угорь не единственное существо, способное генерировать энергию в своем теле, внимание ученых он привлекает силой вырабатываемого напряжения — оно превышает 500 вольт. Такую энергию бы — да в мирное русло, считают исследователи.

«Выдвигаются даже предположения о том, что угрей можно использовать как полезный источник электроэнергии в космических полетах и на первых лунных станциях».

Идея биоэлектрогенерации не оставляет ученых и по сей день. Непосредственно живых угрей для инновационных разработок исследователи пока не используют, но появилось несколько проектов, которые были созданы на основе биологических механизмов этой удивительной рыбы.

Так, в 2016 году китайские ученые взяли за основу для своего проекта строение электрических органов угря. Они представляют собой многочисленные, собранные в столбики электрические пластинки – нервные, мышечные и железистые клетки, – между которыми генерируется разница потенциалов.  

Учёные из шанхайского Университета Фудань разработали эластичные волокна, которые, по сути, имитируют строение электрических органов угря и так же способны генерировать энергию. Такие волокна, состоящие из резинового сердечника, завернутого в лист из углеродных нанотрубок, можно вплетать в одежду и использовать для зарядки гаджетов.

В ходе испытаний исследователи создали браслет, который питал электронные часы, а также футболку со встроенными в нее 57 светодиодами.  

Американские ученые пошли дальше — они распечатали искусственный электрический орган угря на 3D-принтере, использовав гидрогель, пластиковые листы и специальные мембраны, разделяющие многочисленные ячейки между собой. Электричество в таких пластинах вырабатывалось с помощью соленой и пресной воды - в результате обратного электродиализа.

Свою разработку ученые планируют использовать в медицине. Например, такие листы могут заменить токсичные литиевые аккумуляторы в кардиостимуляторах и других имплантах. И, в отличие от последних, искусственные электроорганы не нужно будет подзаряжать или менять, прибегая к хирургическим операциям.  

А пока светлые умы всего мира бьются над созданием высоких технологий, использующих энергию угря, в 2019 году в океанариуме штата Теннеси (США) ее применили весьма оригинальным способом. От одного из своих обитателей — угря по имени Мигель Уотсон - запитали рождественскую елку. Специальная система, подключенная к аквариуму Мигеля, позволяла зажигать гирлянды на дереве. Рыба испускала электрические разряды низкого напряжения, пытаясь найти пищу. Когда наступало время перекуса (рыбу кормили часто, но по чуть-чуть), гирлянда на рождественской елке начинала исправно мигать, вызывая восторг у посетителей океанариума.

Конечно, особого практического применения эта система не нашла. Электрические угри, хоть и выдают высокое напряжение, но способны поддерживать ток только 1/500 долю секунды. А этого не хватит даже для того, чтобы зажечь лампочку накаливания. Для электрификации, например, дома понадобилось бы около 200 полутораметровых рыб, аквариум размером с этот дом и очень-очень много скумбрии, чтобы прокормить ораву живых генераторов. Так что пока угри остаются для человечества только источником вдохновения, а не электроэнергии.   

Мария Седнева

Иллюстрация: использованы изображения из архива редакции и Sander van der Wel