Tutta la potenza delle lumache cyborg

[frankytop]

Celle a biocombustibile impiantate in molluschi possono ricavare energia dal glucosio. Ma è solo uno dei molti esempi di organismi "elettrificati"; altri esperimenti in corso coinvolgono vermi, coleotteri, blatte e ratti, benché sia dubbio che celle minuscole – delle dimensioni di pochi centimetri – impiantate in creature viventi riescano ad alimentare azioni complesse.



Le decine di lumache che strisciano nel terrario riempito di muschio del laboratorio di Evgeny Katz sembrano normali ma in realtà hanno un superpotere nascosto: producono elettricità.

In ogni mollusco, Katz e il suo gruppo presso la Clarkson University in Potsdam, New York, hanno impiantato minuscole celle a biocombustibile che estraggono l'energia elettrica dal glucosio e dall'ossigeno dal sangue della lumaca. Consumando essenzialmente carote, le chiocciole cyborg vivono per circa sei mesi e generano elettricità ogni qualvolta gli elettrodi impiantati su di loro sono collegati a un circuito esterno. “Gli animali stanno abbastanza bene: mangiano, bevono e strisciano, ci prendiamo cura di loro affinché rimangano vivi e felici”, ha spiegato Katz.

Cyborg autoalimentati
Le lumache sono solo un esempio dei vari organismi viventi che sono stati “elettrificati” in questo modo. La ricerca di Katz, di cui viene pubblicato un resoconto sul “Journal of the American Chemical Society”, segue di poco un articolo di gennaio sulla stessa rivista firmato da Daniel Scherson, della Case Western Reserve University di Cleveland, in Ohio, che ha impiantato cellule a biocombustibile in blatte viventi. E in un lavoro ancora da pubblicare, Sameer Singhal, che coordina un gruppo che sta lavorando su una tecnologia biomedica ed energetica presso la CFD Research Corporation di Huntsville, in Alabama, insieme con i ricercatori dell'Università della California a Berkeley, ha riferito di aver impiantato celle a biocombustibile in coleotteri. Gli insetti sono sopravvissuto al processo e hanno generato energia per più di due settimane.

Tutti questi tentativi sono diretti alla creazione di insetti o lumache cyborg, un progetto che ha attratto finanziamenti da parte del Dipartimento della difesa degli Stati Uniti. Per almeno un decennio, i ricercatori hanno lavorato per realizzare microcircuiti alimentati a batteria con sensori e antenne radio e li hanno impiantati in diversi tipi di insetti o vermi in modo che questi organismi potessero raccogliere informazioni su ciò che li circondava e realizzare così un monitoraggio ambientale a scopi militari.



Ma le batterie potrebbero essere troppo ingombranti e durare troppo poco per alimentare missioni prolungate, che costituiscono il motivo per cui è nata l'idea di sfruttare il metabolismo di questi organismi, Katz ha dimostrato che nelle lumache le celle a biocombustibile potrebbero fornire un costante drenaggio di energia per mesi. “La parte veramente impressionante del lavoro di Katz è che l'impianto fornisce questo potenziale in modo costante per un lungo periodo di tempo”, ha commentato Shelley Minteer, che lavora nel campo delle celle a biocombustible all'Università dello Utah a Salt Lake City.

Sebbene celle a biocombustibile di ampie dimensioni possano alimentare i telefoni cellulari e altri dispositivi, è ancora in dubbio che celle minuscole – delle dimensioni di pochi centimetri – impiantate in creature viventi riescano ad autoalimentare azioni complesse, per esempio il volo a controllo remoto, sottolinea Plamen Atanassov, esperto di celle a combustibile che dirige il Center for Emerging Energy Technologies dell'Università del New Mexico ad Albuquerque.

Nelle creature viventi, il tasso di produzione di energia delle celle a biocombustibile, e quindi la potenza che riescono a erogare, sono limitati dalle dimensioni dei loro elettrodi e di conseguenza dalla velocità con cui lo zucchero e l'ossigeno possono essere ricavati dal sangue degli organismi stessi (nel caso delle lumache, non si tratta in realtà di sangue ma di un liquido simile, noto come emolinfa).

Le lumache di Katz, per esempio, hanno prodotto fino a 7,45 microwatt, ma dopo 45 minuti, l'energia è scesa dell'80 per cento. Per ottenere una potenza continua, il gruppo di Katz ha dovuto limitarla a 0,16 microwatt.

Scherson ritiene di essere in grado di ottenere alcune centinaia di microwatt dalle blatte (le loro celle a biocombustibile sono alimentate a trialosio, uno zucchero differente dal glucosio). Singhal riferisce risultati simili con i coleotteri. Scherson, che sta lavorando con una grande società per costruire circuiti microelettronici con le sue blatte, sottolinea che la potenza necessaria non può essere estratta in modo continuo, ma potrebbe essere immagazzinata in condensatori e rilasciata in forma di impulsi: è già riuscito a produrre in questo modo e rivelare un segnale radio prodotto dalle blatte, spiega.



Impianti umani?
Philippe Cinquin dell'Università Joseph Fourier di Grenoble, in Francia, e i suoi colleghi, stanno sperimentando le celle a biocombustibile in una direzione diversa, impiantandole su ratti. Il loro lavoro, pubblicato nel 2010, ha segnato il primo passo verso l'utilizzo di celle a combustibile biocompatibili in modo che il nostro stesso sangue possa alimentare dispositivi medicali a basso consumo come i pacemaker.

In questi casi, le celle a combustibile devono essere dotate di membrane biocompatibili che assicurino che gli impianti non vadano incontro a rigetto da parte dell'ospite, sottolinea Cinquin. Il suo gruppo ha già fondato una società per sviluppare sfinteri urinari artificiali, che richiedono 300–500 microwatt di potenza e che perciò possono ricavare dal glucosio presente nell'organismo. Chiaramente, per queste applicazioni esistono già delle batteri,e ma le celle a biocombustibile più piccole potrebbero in teoria fornire un modo più conveniente e duraturo per alimentare i dispositivi.



Adam Heller, ingegnere chimico dell'Università del Texas a Austin, pubblicò nel 2003 un articolo che destò grande entusiasmo perché dimostrò la possibilità delle celle a biocombustibile di generare energia elettrica da un grappolo di uva. Heller spiega che le celle a biocombustibile impiantabili potrebero essere utili per applicazioni a bassa potenza come quelle utilizzate per la stimolazione dei singoli nervi. Tuttavia, avverte, queste applicazioni potrebbero essere ancora di là da venire. Nel frattempo, Katz non fa mistero della sua intenzione di spostarsi su animali più grandi delle lumache, poiché il loro metabolismo fornirebbe più energia. Il suo prossimo obiettivo: l'astice cyborg.

http://www.lescienze.it/news/2012/03...cyborg-908459/

[xenom]

mah.. che schifo .

Mi viene un dubbio: qualsiasi passaggio di elettricità richiede uno spostamento di cariche; questo implica che ricavare energia elettrica da un sistema organico vivente comporta l'elettrolizzazione dei fluidi o comunque una variazione dell'elettrochimica del sistema. giusto?

quindi la pratica non è propriamente simpatica per "l'ospite", immagino

[hibone]

Originariamente inviato da xenom

mah.. che schifo .

Mi viene un dubbio: qualsiasi passaggio di elettricità richiede uno spostamento di cariche; questo implica che ricavare energia elettrica da un sistema organico vivente comporta l'elettrolizzazione dei fluidi o comunque una variazione dell'elettrochimica del sistema. giusto?

quindi la pratica non è propriamente simpatica per "l'ospite", immagino

se non ho capito male la reazione tra reagenti avviene dentro la cella. quindi no.

[xenom]

Originariamente inviato da hibone

se non ho capito male la reazione tra reagenti avviene dentro la cella. quindi no.

si ma allora come avviene il trasporto dei reagenti nella cella? boh non ho ben capito come funzioni in sistema

[hibone]

Originariamente inviato da xenom

si ma allora come avviene il trasporto dei reagenti nella cella? boh non ho ben capito come funzioni in sistema

non ne ho idea, magari con una membrana semipermeabile.

[Doraneko]

Originariamente inviato da xenom

si ma allora come avviene il trasporto dei reagenti nella cella? boh non ho ben capito come funzioni in sistema

Se non ho capito male prende il glucosio e l'ossigeno dal sangue, perciò suppongo che sia collegata ai vasi sanguigni.

[sbudellaman]

Ok, prepariamoci