Una bater¨ªa flexible inspirada en las anguilas

Una bater¨ªa flexible fabricada con hidrogeles podr¨ªa suministrar energ¨ªa a robots blandos, pr¨®tesis e implantes m¨¦dicos como marcapasos o sensores de glucosa. Investigadores de EE UU y Suiza tomaron inspiraci¨®n de la anguila el¨¦ctrica ¡ªque puede defenderse o aturdir a su presa generando hasta 600 voltios de diferencia de potencial¡ª para crear este ¡°¨®rgano artificial¡±. El prototipo, descrito en la revista Nature, por ahora debe ser cargado con una corriente el¨¦ctrica, pero los autores esperan poder aprovechar las concentraciones de sales del cuerpo humano para que no necesite carga externa en el futuro.

La anguila el¨¦ctrica (Electrophorus electricus) posee unas c¨¦lulas planas llamadas electrocitos que bombean iones cargados al fluido extracelular. En reposo, los electrocitos permanecen en un estado neutro al mantener diferencias de potencial opuestas en cada extremo. Con un impulso nervioso, la anguila activa canales moleculares en un lateral de todos sus electrocitos a la vez, lo cual permite que se inunden repentinamente con iones de sodio cargados positivamente. Cada electrocito produce un voltaje peque?o, pero miles de ellos en serie proporcionan una buena descarga.

Un prototipo de la bater¨ªa impreso sobre dos l¨¢minas de tama?o folio alcanz¨® 110 voltios

Bas¨¢ndose en este principio, los investigadores dise?aron un prototipo de bater¨ªa con electrocitos artificiales en la forma de gotas de hidrogeles de poliacrilamida. Sobre una l¨¢mina transparente de tama?o folio, una impresora 3D dispone en forma de matriz gotas alternas rellenas de agua salada y de agua dulce. En otra l¨¢mina complementaria, se alternan gotas con un gel selectivo de cationes (iones con carga positiva) y otro de aniones (negativos). Al entrar las dos hojas en contacto, los geles selectivos permiten el paso unidireccional de iones desde las gotas de agua salada hacia las de agua dulce, estableciendo una corriente que en pruebas de laboratorio alcanz¨® los 110 voltios y dur¨® en torno a una hora antes de descargarse por completo.

La bater¨ªa puede alimentar aparatos el¨¦ctricos si se conectan dos cables que act¨²en como electrodos a cada extremo de la serie de gotas. Aunque en el laboratorio basta con presionar una l¨¢mina contra la otra para activar la bater¨ªa, los autores han ideado una t¨¦cnica, basada en la papiroflexia, para controlar la descarga y miniaturizar el producto en sus posibles aplicaciones biol¨®gicas. Sugieren plegar la estructura siguiendo el doblez de mapa de Miura, un dise?o inventado por el astrof¨ªsico japon¨¦s Koryo Miura que se utiliza para desplegar grandes formaciones de paneles solares en sat¨¦lites espaciales.

Si se a?aden m¨¢s gotas de gel en serie, la bater¨ªa podr¨ªa alcanzar el mismo voltaje que una anguila, aseguran los cient¨ªficos. El problema es que, al ser mucho m¨¢s gruesos que los electrocitos naturales, los geles aumentan la resistencia interna de la bater¨ªa con respecto al ¨®rgano natural, por lo que la potencia final es menor que la de la anguila por varios ¨®rdenes de magnitud. ¡°En un futuro, podr¨ªamos hacer los geles mucho m¨¢s finos¡±, explica el autor Michael Mayer, del instituto de investigaci¨®n Adolphe Merkle (Universidad de Friburgo) en Suiza, ¡°pero entonces tambi¨¦n almacenar¨¢n menos energ¨ªa y se descargar¨¢n m¨¢s r¨¢pido. Tiene que haber un punto medio ¨®ptimo¡±.

La versi¨®n final ideal ser¨ªa un aparato que reciba alimentaci¨®n interna del mismo cuerpo

En el prototipo actual, los investigadores deben conectar los electrodos a una corriente externa para devolver los geles a sus concentraciones i¨®nicas originales cuando se descarga la bater¨ªa. ¡°La versi¨®n final ideal ser¨ªa un aparato que reciba alimentaci¨®n interna del mismo cuerpo¡±, dice Mayer. ¡°Eso ser¨ªa el santo grial, y por eso se necesitan materiales completamente flexibles y biocompatibles que no produzcan toxicidad¡±.

La bater¨ªa no funciona como una pila tradicional, que depende de reacciones de oxidaci¨®n y reducci¨®n para producir energ¨ªa; en este caso los iones cambian de lugar pero no alteran su composici¨®n qu¨ªmica, por lo que se podr¨ªan aprovechar las concentraciones i¨®nicas naturales del cuerpo, sugieren los autores. Entre las aplicaciones posibles de esta bater¨ªa del futuro, los cient¨ªficos barajan implantes m¨¦dicos inteligentes, como un sensor de glucosa para diab¨¦ticos que tambi¨¦n alimente una bomba de insulina integrada. Otras propuestas m¨¢s futuristas incluyen lentillas con pantallas virtuales incorporadas y ¨®rganos artificiales prost¨¦ticos.