編者按：ED Yong日前發表了一篇名為A New Kind of Soft Battery, Inspired by the Electric Eel的文章，介紹了現在剛研發出來的一種模仿電鰻發電機制的軟體電池，讓人不禁感慨自然界的神奇。
1799年，義大利科學家Alessandro Volta（伏特）用鋅和銅做了一個手臂長度的電池堆，鋅和銅是用鹽浸的紙殼分開的。這個「電流堆」是世界上第一個合成電池，但是Volta的設計基礎卻很古老——電鰻的身體。
電鰻可以通過發電器官來自我發電，發電器官佔到了其兩米長身體的80%。發電器官含有數千個特殊的肌肉細胞，名為發電細胞。每個細胞可以產生一個小小的電壓，但是合在一起，這些細胞可以產生600伏左右的電壓，足以電死一個人，甚至一匹馬。這些細胞也使Volta在電池研發中有了更多思路，也讓他享譽盛名。
兩個世紀之後的今天，電池已經成為了不可或缺的日用品。但即使是現在，電鰻還在為科學家提供靈感。在弗裡堡大學，由Michael Mayer帶領的科研隊伍創造了一種新的動力源，模仿的就是電鰻的發電器官。其含有多種顏色的凝膠塊，呈長條排列，很像電鰻的發電細胞。想打開電池，只需要一起按壓這些凝膠。
與傳統電池不同，這個團隊設計的電池又軟又靈活，可能會為下一代的軟體機器人供能。因為材料更貼合人體，電池也可能用於製造下一代的起搏器、修復物質和醫學植入物。想像一下，以後有電隱形眼鏡的靈感竟然來自於一條魚。
為了研製這種不同尋常的電池，團隊成員Tom Schroeder和Anirvan Guha在開始時閱讀了大量關於電鰻發電細胞如何運作的資料。這些細胞以長條狀堆疊，細胞之間被液體填充。就好像把抹了蜂蜜的薄餅一層一層堆起來，堆到很高，然後把它放倒，就和這個電池很像了。
電鰻休息的時候，每個發電細胞都會把陽離子從背面和正面泵出去，產生兩個相反的電壓，互相抵消。但電鰻需要電的時候，發電細胞的背面就會翻過來，向相反的方向泵出陽離子，就會產生一點電壓。關鍵的是，每個發電細胞都會同時完成這個操作，所以加起來的電壓是十分高的。就好像電鰻的尾巴裡有幾千個小電池，其中有一半的方向是反的，但是它們可以同時翻轉，產生電壓。「這簡直太神奇了，」 Schroeder說。
他和同事本來想在實驗室裡重塑整個發電器官，但是很快就意識到那太複雜了。之後，他們想到可以製造大量的細胞膜來模仿發電細胞堆，但是這些材料無法大量操作，因為如果一個破了，整個系統就會停擺。Schroeder說：「這樣會遇到『串聯小燈泡』的問題，一個燈泡壞了，一串燈泡都不亮了。」
最後，他和Guha選了更簡單的一種裝配方式，在兩片板材上排列放置凝膠塊。請看下圖中的底板，紅色凝膠含有鹽水，藍色的含有淡水，離子可以從紅色凝膠流到藍色凝膠，但是由於凝膠是分散的，所以離子並不能流動。當另一塊板材上的綠色和黃色凝膠橋連上紅藍凝膠之間的縫隙時，離子就有了移動的通道。
厲害的地方來了：綠色凝膠塊只允許陽離子通過，黃色的只允許陰離子通過。也就是說陽離子只能從一邊流入藍色凝膠，陰離子則從另一邊流入，藍色凝膠周圍就會產生電壓，就像發電細胞一樣，而且每個凝膠塊會產生一個小電壓，但是數以千計的凝膠塊成行排列，最高可產生110伏的電壓。
在電鰻神經元發出信號後，電鰻的發電細胞就會開始放電。但是Schroeder的電池開關就簡單很多了，只要把凝膠積壓在一起就可以。
承載凝膠的板材過大會很不方便。但是密西根大學的工程師Max Shtein提出了一個聰明的解決辦法——摺紙。用把太陽能板放進衛星的摺疊方式來摺疊凝膠板，然後把每個顏色的順序排好，這樣整個電池所佔的空間就會小很多，大小只有隱形眼鏡那麼大，說不定哪天真的可以佩戴到身上。
但對現在來說，這種電池必須要具備充電功能。電池一旦激活，可以供電幾小時，之後整個凝膠中的離子會趨於平衡，電池也就沒電了。之後你需要把電池通上電，讓凝膠回到高鹽度和低鹽度排列的狀態。但Schroeder指出我們的身體會持續地補充離子含量不同的液體，或許有朝一日我們可以利用這些液體來製造電池。
重要的是，這會讓人體變得像電鰻一樣。我們不太可能會電死其他人，但是我們可以利用體內的離子原料為小的植入物供能。當然，Schroeder還說這只是一個初步的設想，並沒有一個實際的計劃。他說：「很多東西因為很多原因無法實現，所以我也不想抱有太大的期望。」
範德堡大學的Ken Catania花了很多年來研究電鰻的生物學原理，他認為這個設想也不是不合理。「Volta的電池不僅僅可以裝進手機裡，你看現在，我們都已經離不開電池了，」他說。「歷史可能會再現。」
他補充道：「我很驚訝電鰻能為科學屆帶來這麼多貢獻，這對基本的科學價值觀來說，是一個很好的範例。」 Schroeder只在動物園裡見過電鰻，但他想有一天去親自看看電鰻。「我從來沒被電鰻電過，但我覺得我應該被電一下試試，」他說。
原文網址：https://www.theatlantic.com/science/archive/2017/12/a-new-kind-of-soft-battery-inspired-by-the-electric-eel/548261/?utm_source=feed
編譯組出品。編輯：郝鵬程