باتری خوراکی و قابل شارژ برای اولین بار در جهان اختراع شد

دانشمندان اثبات کرده‌اند که امکان تهیه باتری از متریالی به‌جز یون لیتیوم وجود دارد و حتی می‌توان باتری خوراکی تولید کرد.

به زودی می‌توانیم تکنولوژی را بخوریم. توسعه دیوایس‌های الکترونیکی خوراکی در چند سال اخیر سریع‌تر شده و آن‌ها را از متریال قابل هضمی می‌سازند که پس از استفاده، می‌توان آن‌ها را خورد. البته در حال حاضر نیز از آن‌ها برای تشخیص و درمان برخی بیماری‌های مسیر گوارشی استفاده می‌شود و حتی می‌توان کیفیت غذا را با آن‌ها بررسی کرد.

اما یکی از جذاب‌ترین چالش‌های توسعه لوازم الکترونیکی خوراکی، تولید منبع تغذیه خوراکی بوده است. به تازگی یک تیم تحقیقاتی از موسسه تکنولوژی IIT ایتالیا توانست یک باتری قابل شارژ و خوراکی را بسازد. مواد مورد استفاده در این باتری همان چیزهایی هستند که در رژیم غذایی روزانه آن‌ها را می‌خوریم.

مدت‌هاست که ماریو کایرونی، یکی از کارکنان و دانشمندان آزمایشگاه مولکولی الکترونیک در مرکز IIT میلان ایتالیا در حال کار روی لوازم الکترونیکی خوراکی بوده و قصد دارد دیوایس‌های جدیدی را با استفاده از متریال خوراکی بسازد. تولید باتری خوراکی نیز یکی از دستاوردهای گروه کایرونی به شمار می‌آید.

باتری‌های تمام خوراکی از ویتامین و جلبک دریایی ساخته می‌شوند

گروه تحقیقاتی IIT از واکنش‌های اکسیداسیون برای تولید باتری الهام گرفتند. این واکنش‌ها در سراسر جهان هستی همواره در حال رخ دادن است.

دانشمندان از ریبوفلاوین (ویتامین ب 2 که در بادام یافت می‌شود) به عنوان آند و از کرستین (یک مکمل غذایی) به عنوان کاتد باتری خوراکی استفاده کردند. همچنین از شارکول (زغال) فعال جهت افزایش هدایت جریان برق کمک گرفته شد، آن هم در حالی که باتری بر پایه آب ساخته می‌شود. جداکننده باید از اتصال کوتاه در امان باشد بنابراین از جلبک دریایی nori ساخته شد، یعنی دقیقا همان جلبکی که در سوشی نیز وجود دارد. در پایان الکترودها در موم زنبور عسل قرار داده شدند که با پشتیبانی سلولز، اتصال بهتر انجام شود.

سلول این باتری می‌تواند 0.65 ولت برق تولید کند. این ولتاژ برای هضم در بدن انسان مشکل‌ساز نخواهد بود و به اندازه کافی کم در نظر گرفته شده است. این باتری می‌تواند جریان 48 میکرو آمپری را برای 12 دقیقه برقرار کند و البته با کاهش جریان به چند میکروآمپر کمتر، دوامش هم افزایش پیدا خواهد کرد. از باتری خوراکی می‌توان برای روشن کردن دیوایس‌های الکترونیک کوچکی مانند ال ای دی‌های کم مصرف برای مدت کوتاهی استفاده کرد.

کایرونی می‌گوید در آینده می‌توانیم مدارها و سنسورهای خوراکی بسازیم که بتوانند کاربردی وسیع داشته باشند؛ از بررسی و مانیتور کردن وضعیت سلامتی گرفته تا شارژ کردن سنسورهایی که می‌توانند وضعیت ذخیره و جذب غذا در بدن را آنالیز کنند. همچنین این باتری‌ها با ایمنی بالایشان امکان به کارگیری در اسباب‌بازی کودکان را دارند و دیگر از باتری‌های لیتیومی که برای هضم و دفع آن‌ها سیستم گوارش به زحمت می‌افتد خبری نخواهد بود. این دانشمند ادامه می‌دهد:

ما در حال توسعه باتری‌هایی هستیم که در کنار ظرفیت بیشتر، ابعاد کوچک‌تری نیز دارند. در آینده نزدیک باتری‌های جدید به مرحله آزمایش خواهند رسید و می‌توانند منبع تغذیه مناسبی برای ربات‌های نرم خوراکی باشند.

ایوان ایلیک، همکار کایرونی درباره باتری خوراکی می‌گوید ساخت باتری‌های ایمن‌تر بدون استفاده از متریال سمی یک چالش بزرگ برای ما خواهد بود، آن هم زمانی که تقاضا برای باتری‌هایمان افزایش پیدا کند. گرچه باتری‌های فعلی ما نمی‌توانند یک خودروی الکتریکی را روشن کنند اما حداقل فعلا توانسته‌ایم ثابت کنیم تولید باتری با متریال خوراکی امکان‌پذیر است. امیدواریم با کنار گذاشتن باتری‌های لیتیوم یونی و الهام‌بخشی به سایر دانشمندان، بتوانیم آینده‌ای ایمن‌تر بسازیم.

اثبات طرح مفهومی سلول باتری خوراکی در روزنامه Advanced Materials به چاپ رسیده و در زیر می‌توانید چکیده آن را مطالعه کنید.

چکیده تحقیقات

صنعت الکترونیک خوراکی یکی از موضوعات در حال توسعه بوده که قصد دارد دیوایس‌هایی خوراکی تنها با استفاده از متریال قابل هضم و افزودنی‌های مجاز بسازد؛ با این وجود دیوایس‌های الکترونیکی خوراکی بسیار کمی در دنیا وجود دارند. از لوازم الکترونیکی خوراکی می‌توان استفاده‌های زیاد و گسترده‌ای برای تحت نظر گرفتن مسیر دستگاه گوارش، دارو درمانی و بررسی سریع کیفیت غذا کمک گرفت.

تحقیقات اخیر نشان داده‌اند امکان تولید مدارها و سنسورهای خوراکی وجود دارد اما برای ساخت یک دیوایس کامل الکترونیک خوراکی، به یک منبع تغذیه قابل هضم نیز احتیاج خواهد بود. تنها تعداد بسیار معدودی باتری قابل هضم در دنیا وجود دارد. ما با الهام گرفتن از ارگانیسم‌های زنده که واکنش اکسیداسیون را انجام می‌دهند توانستیم ماشین‌های بیوشیمیایی بسازیم و به عنوان باتری قابل شارژ خوراکی از آن‌ها استفاده کنیم. این باتری‌ها از همان مواد غذایی معمول که هرکسی در طول روز می‌خورد ساخته شده‌اند.

این باتری با ثابت کردن ریبوفلاوین و کرستین به عنوان مغذی‌های رایج و مکمل غذایی و کربن فعال که یکی از افزودنی‌های بسیار شایع خوراکی‌هاست تولید می‌شود. ریبوفلاوین به عنوان آند باتری و کرستین کاتد آن عمل می‌کنند. با قرار دادن الکترودها در موم زنبور عسل، حالا این باتری کاملا خوراکی می‌تواند به دیوایس‌های کوچک الکترونیکی برق برساند. سلول باتری می‌تواند ولتاژی برابر با 0.65 ولت تولید کند و در مجموع شاهد جریان 48 میکرو‌آمپری برای 12 دقیقه خواهیم بود.

این طرح مفهومی اثبات شده درهای جدیدی به روی برنامه‌های الکترونیک خوراکی باز می‌کند. بدین ترتیب می‌توانیم ابزاری ایمن‌تر و راحت‌تر برای تشخیص و درمان بیماری‌ها بسازیم و راه‌های کشف نشده برای سنجش کیفیت مواد غذایی را بررسی کنیم.