به گزارش نازوب، شاید در نگاه اول تصور اینکه بتوان از یک ویروس برای تولید برق استفاده کرد شبیه فیلم‌های علمی‌تخیلی به نظر برسد، اما پژوهش‌های جدید نشان داده‌اند که این ایده اکنون رنگ واقعیت به خود گرفته است. تصور کنید هنگام راه رفتن با کفشی که در لایه زیرین آن نوعی مولد نازک به اندازه یک برگه کاغذ کار گذاشته شده، بتوانید تلفن همراه خود را شارژ کنید!

تولید انرژی الکتریکی از موجودات میکروسکوپی

دانشمندان آزمایشگاه ملی لاورنس برکلی وابسته به وزارت انرژی ایالات متحده موفق شده‌اند راهی شگفت‌انگیز برای تولید برق از ویروس‌های بی‌ضرر پیدا کنند. این ویروس‌ها قادرند انرژی مکانیکی ناشی از حرکت را به انرژی الکتریکی تبدیل کنند.

این فناوری در مراحل اولیه خود قرار دارد، اما امید می‌رود به زودی بتوان از آن برای ساخت دستگاه‌های کوچکی استفاده کرد که انرژی لازم را از فعالیت‌های روزمره انسان، مانند راه رفتن، باز و بسته کردن در، یا حتی تایپ کردن تأمین کنند.

خاصیت پیزوالکتریک در موجودات زنده

پایه اصلی این کشف، خاصیت پیزوالکتریک (Piezoelectric) است؛ پدیده‌ای که در آن، مواد هنگام اعمال فشار، جریان الکتریکی تولید می‌کنند.

تا پیش از این، موادی که برای ساخت مولدهای پیزوالکتریک به‌کار می‌رفتند معمولاً سمی یا گران‌قیمت بودند و کاربرد گسترده‌ای نداشتند. اما حالا دانشمندان موفق شده‌اند این ویژگی را در یک ویروس بی‌ضرر شناسایی و کنترل کنند.

ویروس M13؛ قهرمان کوچک دنیای علم

ویروسی که محور این پژوهش است، باکتری‌خوار M13 نام دارد. این ویروس تنها به باکتری‌ها حمله می‌کند و برای انسان هیچ خطری ندارد.

اندازه آن حدود 880 نانومتر طول و 6.6 نانومتر قطر دارد و از هزاران پروتئین شارژ شده تشکیل شده است. همین ویژگی‌ها باعث شده تا به گزینه‌ای عالی برای تبدیل انرژی مکانیکی به برق تبدیل شود.

پژوهشگران برای اطمینان از خاصیت پیزوالکتریک M13، آن را در معرض یک میدان مغناطیسی قرار دادند و رفتار ویروس‌ها را زیر میکروسکوپ بررسی کردند.

آنها مشاهده کردند که پروتئین‌های فنری‌شکل اطراف ویروس هنگام اعمال میدان الکتریکی شروع به چرخش می‌کنند؛ نشانه‌ای روشن از وجود خاصیت پیزوالکتریک در این ساختار طبیعی.

تقویت عملکرد ویروس با مهندسی ژنتیک

در مرحله بعد، دانشمندان توانستند با کمک مهندسی ژنتیک، توان تولید برق در ویروس را افزایش دهند. آنها با افزودن چند آمینواسید دارای بار منفی به انتهای پروتئین‌های پوشاننده ویروس، اختلاف بار الکتریکی میان دو سر آن را بیشتر کردند. این کار موجب شد تا ولتاژ تولیدی ویروس‌ها به‌طور قابل‌توجهی افزایش یابد.

سپس لایه‌هایی از این ویروس‌ها را به‌صورت چند‌لایه روی هم قرار دادند تا اثر پیزوالکتریک قوی‌تری ایجاد شود. در آزمایش‌ها مشخص شد که ویروسی با بیست لایه ترکیبی می‌تواند انرژی بیشتری نسبت به حالت تک‌لایه تولید کند.

ساخت اولین مولد ویروسی جهان

در گام نهایی، تیم تحقیقاتی موفق شد نخستین مولد برق بر پایه ویروس را بسازد. آنها فیلمی چند‌لایه از ویروس‌های اصلاح‌شده با سطحی حدود یک سانتی‌متر مربع تولید کردند و آن را بین دو صفحه طلا به‌عنوان الکترود قرار دادند. با فشردن این ساختار، جریانی در حدود شش نانوآمپر و اختلاف پتانسیلی نزدیک به 400 میلی‌ولت ایجاد شد.

ممکن است این میزان انرژی کوچک به نظر برسد، اما برای روشن کردن عدد «1» روی نمایشگر LCD کافی بود. در واقع، این میزان انرژی تقریباً برابر با یک‌چهارم ولتاژ تولیدشده توسط سه باتری کوچک نوع A است.

گامی بزرگ به‌سوی آینده‌ای سبز

این دستاورد علمی، پنجره‌ای نو به دنیای فناوری‌های سبز باز می‌کند. در آینده ممکن است کفش‌هایی داشته باشیم که هنگام راه رفتن، انرژی لازم برای شارژ دستگاه‌های پوشیدنی را فراهم کنند یا لباس‌هایی که انرژی حرکتی بدن را به برق تبدیل کنند.

با توجه به اینکه ویروس M13 برای انسان بی‌خطر است و در محیط طبیعی به‌راحتی قابل تولید می‌باشد، این فناوری می‌تواند جایگزینی ایمن و دوست‌دار محیط زیست برای باتری‌ها و منابع انرژی رایج شود.

گزارش کامل این پژوهش شگفت‌انگیز در مجله‌ی معتبر Nature Nanotechnology منتشر شده است.