Criada primeira bateria iônica: Interface entre humanos e máquinas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/08/2017

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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