ایتنا - پژوهشگران دانشگاه کمبریج اعلام کرده‌اند که موفق به ساخت یک باتری جدید و پیشرفته شده‌اند که به دلیل ویژگی‌های خاص خود می‌تواند برای تأمین انرژی ربات‌های نرم و دستگاه‌های پوشیدنی مانند ایمپلنت‌های پزشکی در بدن انسان استفاده شود.

این پیشرفت، جدیدترین گام در استفاده از مواد هیدروژلی انعطاف‌پذیر و رسانای الکتریکی برای کاربردهای بیوالکترونیکی است.

استفان اُنیل، پژوهشگری که در این تحقیق شرکت داشته است، گفت: «الکترونیک‌هایی که ما می‌شناسیم، مانند تلفن‌ها و رایانه‌ها، بسیار سخت و سفت هستند، در حالی که بدن ما بیشتر از آب تشکیل شده و بسیار نرم است.»

او در ادامه گفت: «کاری که ما سعی کردیم انجام دهیم، این بود که الکترونیک‌ها را نرم و کشسان کنیم تا بتوانند با بدن، چه درون آن و چه روی پوست، تعامل داشته باشند. روشی که برای این کار به کار بردیم، این بود که مواد هیدروژلی که رسانای یونی هستند را تولید کردیم.

این باتری‌های جدید که از چند لایه هیدروژل‌ ساخته شده‌اند و می‌توانند جریان الکتریکی تولید کنند، به شکل نوارهای ژله‌ای به نظر می‌رسند.

الهام از مارماهی‌های الکتریکی
به گفته پژوهشگران، برای ساخت باتری‌های جدید از مارماهی‌های الکتریکی الهام گرفته شده است که طعمه‌های خود را با الکتروسیت‌ها، سلول‌های عضلانی اصلاح‌شده‌شان، بی‌حس می‌کنند.

محققان با مشاهده این ویژگی طبیعی، ایده ساخت باتری‌هایی را پیدا کرده‌اند که بتوانند به روشی مشابه، جریان الکتریکی تولید کنند.

بر اساس اعلام گروه تیم تحقیقاتی دانشگاه کمبریج، اگرچه هیدروژل‌ها پیش از این برای تأمین برق در بدن استفاده شده‌اند، اما این اولین بار است که خاصیت کشسانی به آن‌ها داده شده است.

هیدروژل‌ها به دلیل قابلیت کنترل دقیق خواص مکانیکی و شباهت به ویژگی‌های بافت‌های انسانی، گزینه‌های ایده‌آلی برای استفاده در رباتیک نرم و بیوالکترونیک هستند.

بنا به گفته استفان اُنیل، طراحی ماده‌ای که هم بسیار کشسان باشد و هم رسانایی بالایی داشته باشد، دشوار است، چراکه این دو ویژگی معمولاً با یکدیگر در تضاد هستند.

او گفت که «معمولاً وقتی یک ماده کشیده می‌شود، رسانایی آن کاهش می‌یابد.»

به گفته پژوهشگران، پلیمرها در هیدروژل‌ها به شکل شبکه‌های سه‌بعدی با یکدیگر متصل شده‌اند که این شبکه‌ها از طریق تعاملات برگشت‌پذیر که می‌توانند روشن یا خاموش شوند، خواص مکانیکی باتری را کنترل می‌کنند.

جید مک‌کیون، یکی از افرادی که در این پژوهش مشارکت داشته است، گفت: «معمولا هیدروژل‌ها از پلیمرهایی ساخته می‌شوند که بار الکتریکی خنثی دارند، اما اگر به آن‌ها بار الکتریکی بدهیم، می‌توانند رسانا شوند.»

او در ادامه گفت: «با تغییر جزء نمکی هر هیدروژل، می‌توانیم آن‌ها را چسبناک و سپس در چندین لایه فشرده کنیم، بنابراین می‌توانیم ظرفیت انرژی را افزایش دهیم.»

باتری‌های ژله‌ای کشسان به دلیل ویژگی‌های خاص خود حتی می‌توانند در مغز انسان کاشته شوند تا داروها را به نقاط خاصی از بدن تحویل دهند یا برای درمان بیماری‌هایی مانند صرع استفاده شوند.

کشش‌پذیر و خودترمیم‌شونده
این باتری‌های ژله‌ای می‌توانند بدون از دست دادن شکل و خاصیت رسانایی خود، فشرده یا کشیده شوند. این ویژگی به دلیل چسبندگی قوی ناشی از پیوندهای برگشت‌پذیر است که می‌توانند بین لایه‌ها با استفاده از مولکول‌های بشکه‌شکل به نام کوکوربیتوریل‌ها تشکیل شوند.

به گفته پژوهشگران، هیدروژل‌ها همچنین می‌توانند در صورت آسیب دیدن، خود را ترمیم کنند.

پژوهشگرانی که در ساخت باتری‌های ژله‌ای جدید مشارکت داشته‌اند بر این نظرند که این باتری‌ها می‌توانند با بافت‌های انسانی هماهنگ شوند و به شکل آن‌ها درآیند. از همین رو این ویژگی باعث می‌شود که این باتری‌ها برای استفاده‌ در ایمپلنت‌های پزشکی مناسب باشند.

اورن شرمن، سرپرست این گروه پژوهشی گفت: «ما می‌توانیم خواص مکانیکی هیدروژل‌ها را به‌گونه‌ای تنظیم کنیم که با بافت‌های انسانی هماهنگ شوند.»

او گفت: «از آنجا که هیدروژل‌ها هیچ اجزای سختی مانند فلزات ندارند، ایمپلنت‌های هیدروژلی احتمال کمی دارند که توسط سیستم بدن رد شود یا باعث ایجاد بافت زخم شوند.»

دانشگاه کمبریج اعلام کرده است برای استفاده از هیدروژل‌ها در کاربردهای پزشکی، باید آن‌ها را ابتدا در بدن موجودات زنده آزمایش کرد.