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Des sources d'électricité bio-inspirées pourraient, à l'avenir, alimenter des appareils électroniques portables ou implantables et même fonctionner à partir de déchets métaboliques, selon de nouvelles études du groupe de biophysique de l'Institut Adolphe Merkle.
Le groupe, dirigé par le Professeur Michael Mayer, s'est focalisé sur les batteries qui utilisent les différences de concentration de sel, ou gradient de concentration, pour produire du courant électrique, tout en cherchant des méthodes durables pour générer ces différences. Les poissons fortement électriques, qui utilisent ces gradients pour générer des décharges électriques externes, ont été une source d'inspiration. L'équipe de Mayer avait précédemment mis au point un organe électrique artificiel, inspiré de l'anguille électrique, qui générait de l'électricité grâce à des hydrogels empilés, dépassant les 100 volts. Toutefois, le courant de cette source d'énergie était trop faible pour alimenter l'électronique standard. Pour les étapes suivantes, les chercheuses et chercheurs se sont inspirés de la morphologie unique de la torpille noire. Cette raie est le poisson électrique le plus puissant connu et peut produire des impulsions de plus de 1 kW.
La torpille noire comme source d’inspiration
Ils ont mis au point un matériau hybride, un papier infusé d'hydrogel, pour créer, organiser et reconfigurer des empilements de films de gel minces et de tailles diverses, avec différentes concentrations de sel, en série et en parallèle. Leurs résultats, publiés dans la revue Advanced Materials, montrent que la puissance électrique récoltée est plus de 60 fois supérieure à celle de la conception originale inspirée de l'anguille, ce qui permet de faire fonctionner des appareils électroniques. Cette étude a également démontré que le mécanisme biologique de génération d'une puissance électrique importante est possible avec des matériaux bénins et souples de taille portable.
Une batterie qui ne doit jamais être branchée
Dans une autre étude, le groupe s'est penché sur le développement d'un processus durable qui pourrait être utilisé pour recharger une batterie bio-inspirée, en utilisant comme exemple le dioxyde de carbone expiré par une personne. Comme révélé dans la revue Advanced Science, la capacité à générer un gradient de concentration à partir de la respiration montre qu'il existe des moyens réalisables pour qu'un utilisateur fournisse passivement du carburant à une source d'énergie. Comme preuve du concept, les chercheurs ont mis au point un prototype de dispositif qui récolte suffisamment d'énergie à partir d'un gradient généré par la respiration pour alimenter de petits appareils électroniques, tels qu'une diode électroluminescente.
«Ce travail consiste à utiliser un déchet métabolique en conjonction avec la production d'énergie par gradient ionique pour développer une source d'énergie portable ou implantable qui pourrait potentiellement être rechargée indéfiniment, explique Michael Mayer. C'est un pas de plus vers une batterie qui n'a jamais besoin d'être branchée et se recharge passivement en utilisant le déplacement des ions plutôt que des réactions chimiques.»
L'intégration continue de la technologie dans les organismes vivants nécessite une forme de source d'énergie qui soit biocompatible, flexible et capable de puiser de l'énergie à l'intérieur d'un système biologique. Une source d'énergie auto-rechargeable pour les dispositifs implantables tels que les stimulateurs cardiaques, les capteurs, les pompes d'administration de médicaments ou les prothèses est une application évidente. La production d'électricité à l'intérieur du corps éliminerait aussi la nécessité d'une chirurgie de remplacement et pourrait également fournir une alimentation durable pour des dispositifs portables, tels que des lentilles de contact électriquement actives avec un écran intégré.
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