Criada primeira bateria iônica: Interface entre humanos e máquinas

Redação do Site Inovação Tecnológica -  

É a primeira vez que se cria uma bateria capaz de produzir correntes iônicas em tensões compatíveis com a eletricidade dos seres vivos. [Imagem: Chengwei Wang et al. - 10.1038/ncomms15609]

Eletricidade biocompatível

Engenheiros da Universidade de Maryland, nos EUA, inventaram um tipo de bateria totalmente novo: uma bateria iônica.

Nas baterias atuais, a energia elétrica, ou corrente, flui na forma de elétrons em movimento. Essa corrente de elétrons que sai da bateria é gerada movendo íons positivos - mais comumente íons de lítio - de um eletrodo para o outro.

A nova bateria iônica faz o contrário. Ela move elétrons em seu interior, liberando energia na forma de um fluxo de íons.

Em nossos corpos, os sinais elétricos são transmitidos na forma de fluxos de íons - principalmente de sódio e potássio. É essa bioeletricidade que alimenta nosso cérebro, controla o ritmo do nosso coração, comanda o movimento dos nossos músculos e muito mais.

Isto significa que a nova bateria é biocompatível, já que ela produz o mesmo tipo de energia elétrica - baseada em íons - usada pelos seres humanos e outros seres vivos.

"[Nossa] intenção é que os sistemas iônicos façam interface com os sistemas humanos. Então lançamos o projeto reverso de uma bateria.

"Em uma bateria típica, os íons fluem através da membrana da bateria e os elétrons fluem através de fios para estabelecer uma interface com dispositivos eletrônicos. Em nosso design reverso, uma bateria tradicional é curto-circuitada eletronicamente, o que significa que os elétrons estão fluindo através dos fios metálicos. Então, os íons devem fluir através dos cabos iônicos externos. Neste caso, os íons no cabo iônico - usamos fibras de grama - podem se conectar com sistemas vivos," explicou o professor Liangbing Hu, coordenador da equipe.

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As folhas de grama se mostraram ideais para armazenar a energia da bateria iônica. [Imagem: Chengwei Wang et al. - 10.1038/ncomms15609]

Bateria iônica

As tentativas de criar biocompatibilidade e interfaces elétrico-biológico vinham se concentrando até agora na transformação de uma corrente eletrônica - das baterias - em uma corrente iônica - dos seres vivos.

O problema com esta abordagem é que a corrente eletrônica precisa alcançar uma determinada tensão para saltar o hiato entre os sistemas eletrônicos e os sistemas iônicos. No entanto, nos sistemas vivos as correntes iônicas circulam em tensões muito baixas. Assim, as interfaces eletrônico-iônicas tentadas até agora geram saídas fortes demais para serem ligadas, digamos, a um músculo ou ao coração.

Já a bateria iônica funciona em qualquer tensão.

Outra característica peculiar desta primeira bateria iônica é que ela usa grama para armazenar sua energia. Para isso, a equipe empapou folhas de grama em uma solução de sais de lítio, o que fez com que os canais do vegetal, que antes moviam nutrientes para cima e para baixo da folha, se transformassem em conduítes e depósitos ideais para acomodar a solução.

O protótipo é formado por dois tubos de vidro com grama dentro, conectados por um fio de metálico no topo. É por esse fio que os elétrons fluem para se mover de um eletrodo da bateria para o outro enquanto a energia armazenada descarrega lentamente. Na outra extremidade de cada tubo de vidro há uma ponta metálica através da qual a corrente iônica flui.

A equipe confirmou que sua bateria fornece uma corrente iônica para células vivas. [Imagem: Chengwei Wang et al. - 10.1038/ncomms15609]

Conexão entre máquinas e humanos

"As aplicações potenciais [das baterias iônicas] podem incluir o desenvolvimento da próxima geração de dispositivos para micromanipulação das atividades neurais e interações que podem prevenir ou tratar problemas médicos como a doença de Alzheimer e a depressão.

"A bateria poderá ser usada para desenvolver dispositivos médicos para pessoas com deficiência, ou para ferramentas mais eficientes de administração de medicamentos e genes, tanto em pesquisas como clinicamente, como uma maneira de tratar cânceres e outras doenças médicas de forma mais precisa.

"Olhando mais adiante no horizonte científico, esperamos também que esta invenção possa ajudar a estabelecer a comunicação direta entre máquinas e humanos," disse Jianhua Zhang, membro da equipe.

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Bibliografia:

Inverted battery design as ion generator for interfacing with biosystems
Chengwei Wang, Kun (Kelvin) Fu, Jiaqi Dai, Steven D. Lacey, Yonggang Yao, Glenn Pastel, Lisha Xu, Jianhua Zhang, Liangbing Hu
Nature Communications
Vol.: 8, Article number: 15609
DOI: 10.1038/ncomms15609