إبداع

ما هي بكتيريا الزومبي المنتجة للكهرباء؟

لا تقلق – البكتيريا الزومبي تريد أن تتغذى على عرقك ولكن الدماغ سيبقى بآمان.

صورة توضيحية على مقياس الميكرو للأسلاك النانوية.
المصدر: XINYING LIU
  • يمكن أن يحول “Geobacter Sulfurreducens”، وهو نوع من البكتيريا الموجودة في البيئات الرسوبية منخفضة الأكسجين، الرطوبة إلى كهرباء.
  • عادة، تحتاج البكتيريا إلى البقاء على قيد الحياة لتوليد الطاقة، لكن العلماء وجدوا طريقة لاستخدام الميتة المغلفة في غشاء حيوي.
  • وفرت الأغشية الحيوية الطاقة للعديد من الأجهزة الإلكترونية صغيرة الحجم، ولكنها ليست قوية بما يكفي لشحن ساعة ذكية أو أجهزة محمولة أكبر.

تخيل هذا: إنه يوم صيفي حار وبينما ترغب في البقاء هادئًا في الداخل، تضطر للذهاب في نزهة على الأقدام. في الخارج، أنت تستمع إلى بودكاست الجريمة الحقيقي المفضل لديك عند وقوع الكارثة “انخفاض طاقة البطارية بشكل خطير”. مع عدم وجود شاحن محمول معك، فإنك تشعر بالذعر تقريبًا،. ولكن بعد ذلك تتذكر مخزونك العملي من البطاريات الميكروبية، وهي مربعات صغيرة رقيقة ورقية تحتوي على بكتيريا منتجة للكهرباء.

يمكنك لصق مربع على بشرتك المتعرقة وتوصيله بهاتفك. ينتقل من صفر إلى مشحون بالكامل تقريبًا حيث تقوم الميكروبات بشرب الرطوبة وتحويلها إلى عصير كهربائي. مع وجود شريط أخضر سعيد للصحة، يمكنك العودة إلى الحلقة الخاصة بك على قاتل الزودياك مع فيدو اللطيف الذي لم يكن أكثر حكمة.

هذا السيناريو مختلق بالكامل، لكنه بعيد كل البعد عن حلم الخيال العلمي وأقرب إلى الحقيقة. وفقًا لدراسة نُشرت في 28 يوليو في مجلة “Nature Communications “، يمكن أن تكون البطاريات المصنوعة من البكتيريا مستقبل الكهرباء. قام باحثون في جامعة ماساتشوستس أمهيرست بتصميم غشاء حيوي يحتوي على نوع خاص من البكتيريا يسمى “Geobacter Sulfurreducens”، وهو قادر على توليد تيار كهربائي من الماء.

قال خايمنغ ليو، المؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة وطالب الدراسات العليا في كلية الهندسة بجامعة “يوماس أمهرست”، لموقع “Popular Mechanics”: “هذه تقنية مثيرة للغاية”. “إنها طاقة خضراء حقيقية على عكس ما يسمى بمصادر الطاقة الخضراء الأخرى. إنتاجها أخضر تمامًا “.

مقالة ذات صلة: اكتشاف حشرة بحرية ضخمة في أعماق خليج المكسيك

بطاريات البكتيريا الزومبي

قد يبدو استخدام البكتيريا كبطارية خيارًا غير معتاد، ولكنه ليس غير مسبوق. التوجه نحو توليد الطاقة من مصادر متجددة وطبيعية – A.K.A. الطاقة الخضراء – تشمل الألواح الشمسية التي تعمل بالطاقة البكتيرية وحتى الميكروبات التي تقضم الميثان. ينتمي G.phonducens إلى عائلة بعيدة المدى من البكتيريا النشطة كهربيًا التي تنتج الكهرباء بشكل طبيعي عندما تتغذى على المركبات العضوية. يفعلون ذلك عن طريق تجريد الإلكترونات وتحويلها إلى أكسيد الحديد (تقوم أجسامنا بتكرار نفس الإجراء ، ولكن بدلاً من ذلك تقوم بتسليم الإلكترونات إلى الأكسجين).

للوصول إلى أكسيد الحديد، تقوم بكتيريا الزومبي وأنواع جراثيم أخرى بفعل شيئ مثير للفضول: محلاق شبيه بالأسلاك يسمى بيلي. ذكرت صحيفة “The New York Times” في عام 2019 أن هذه الأسلاك النانوية (التي تظهر في الجزء العلوي من هذه القصة)، تسحب التيار الكهربائي بعيدًا عن البكتيريا إلى مصدر المعدن، ويمكن أن ترسل الكهرباء إلى أنواع أخرى من الميكروبات.

في العقد الماضي أو نحو ذلك ، كان هناك تركيز كبير على تجنيد هذه البكتيريا النشطة كهربيًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات. ولكن نظرًا لأن البكتيريا تحتاج إلى أن يكون على قيد الحياة من أجل توليد الكهرباء (تذكر كل ما يتم تناوله من المواد العضوية؟)، فإن إبقائهم متغذيين بشكل جيد يعد متاعب في التصميم أكثر من كونه ابتكارًا مفيدًا.

ولكن ماذا لو لم تكن البكتيريا بحاجة للبقاء على قيد الحياة؟ هل ما زال بإمكانهم إنتاج الكهرباء؟

مقالة ذات صلة: الطاقة المتجددة أهم طموحات الصين القادمة وأولى مشاريعها في صحراء جوبي

دائرة ميكروبية واحدة “كبيرة”

جهاز استشعار يعمل بالغشاء الحيوي، على الرقبة، يقيس الإشارة الميكانيكية للبلع.
المصدر: LIU ET AL.

أدى هذا السؤال بالذات إلى قيام باحثي “يوماس أمهرست” بتطوير غشاء حيوي، وهو عبارة عن ورقة رقيقة مصنوعة من البكتيريا. يتم وضع هذا الغشاء الحيوي بين قطبين شبكيين، ينقلان الإلكترونات من الأغشية الحيوية. إحكام إغلاق كل شيء معًا هو عبارة عن هيكل يوفر البوليمر المنتج بشكل مستدام.

يوضح ليو أنه عندما تكون هناك رطوبة في البيئة – سواء كان العرق على الجلد أو الرطوبة في الهواء – فإن الغشاء الحيوي يأخذ الإلكترونات من الماء أو التبخر لإنتاج تيار كهربائي مستمر. على الرغم من موت البكتيريا الموجودة في الفيلم ، يعتقد الباحثون أن ما يسمح لهذه العملية بالانتاج هو بروتينات داخل الخلايا البكتيرية تساعد في تحريك الإلكترونات، وكذلك الأسلاك النانوية بين البكتيريا نفسها.

وعلى الرغم من أن البكتيريا ميتة كان الفريق قادرًا على استخدام الأغشية الحيوية الخاصة به لتشغيل شاشة صغيرة وأجهزة استشعار تقيس الإجهاد والنبض والتنفس والجلوكوز، وإن لم يكن ذلك كله دفعة واحدة.

مقالة ذات صلة: اختراعات ناسا وتقنيات من عصر الفضاء نستخدمها كل يوم

هل فعلا ستستطيع منذ الآن أن تشحن هاتفك بإستخدام لواصق البكتيريا

يقول ديريك لوفلي، أحد كبار مؤلفي الورقة وأستاذ علم الأحياء الدقيقة في “يوماس أمهرست”، في بيان صحفي: “لقد قمنا بتبسيط عملية توليد الكهرباء من خلال تقليص كمية المعالجة المطلوبة بشكل جذري”. “نحن نزرع الخلايا بشكل مستدام في بيوفيلم، ثم نستخدم هذا التكتل من الخلايا. هذا يقطع مدخلات الطاقة، ويجعل كل شيء أبسط، ويوسع التطبيقات المحتملة “.

بالعودة إلى سيناريو يوم الصيف الذي نتخيله، فإن الأغشية الحيوية ليست قوية بما يكفي لشحن هاتف محمول أو جهاز يمكن ارتداؤه مثل ساعة آبل. هناك أيضًا سؤال حول المدة التي تستغرقها هذه البطاريات الميكروبية بالضبط – يقول ليو إنها قد تتجاوز ستة أشهر، لكن هذا يحتاج إلى مزيد من الدراسة. يأمل فريق “يوماس أمهرست” في معالجة هذه المشكلات وتحسينها من خلال التكرارات القادمة.

يقول: “بالنسبة للخطوات التالية، نريد تمديد [المدة] التي تدوم فيها الأجهزة [و] نرغب في إعداد مصفوفة كبيرة الحجم لزيادة إنتاج الطاقة لأجهزتنا”. “ربما في المستقبل، يمكننا تشغيل نظام كامل من الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء.”

حشد من بكتيريا الزومبي التي تتغذى بالعرق والكهرباء والتي تعمل على تشغيل الإلكترونيات الكبيرة والصغيرة؟ لما لا؟

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى