Thiết bị cảm biến sử dụng điện năng từ hóa chất bên trong côn trùng

Nhóm các nhà nghiên cứu dẫn đầu bởi Daniel Scherson, giáo sư hóa học làm việc tại Đại học Case Western Reserve, Ohio, Hoa Kỳ, đã phát triển thành công tế bào nhiên liệu sinh học cấy ghép (sản xuất ra điện năng từ nguồn các hóa chất có sẵn trong cơ thể gián) dùng để cung cấp điện năng cho các thiết bị (cảm biến, ghi âm, kiểm soát lỗi…) được tích hợp trên cơ thể côn trùng (gián).

Kết quả của nghiên cứu này đã được đăng tải trực tuyến trên Tạp chí “the American Chemical Society”.

Kết quả của nghiên cứu này cho thấy rằng: Bạn dễ dàng điều khiển côn trùng (con gián) thông qua việc sử dụng các cảm biến hoặc các thiết bị kích thích các tế bào thần kinh (hoạt động nhờ nguồn điện năng được tạo ra từ chính các nguồn hóa chất bên trong cơ thể con gián).

Chìa khoá của quá trình biến đổi hoá năng là việc sử dụng một loạt các enzim tại dương cực. Enzim đầu tiên sẽ phá vỡ đường: trehalose, (vốn được tạo ra liên tục từ ​​thức ăn của gián) thành hai loại đường đơn giản hơn (lúc này điện cực đầu tiên đã được chèn trong xoang bụng của con gián cái). Enzim thứ hai sẽ ôxy hóa đường đơn (monosaccharides) và giải phóng các điện tử. Các dòng điện tử chuyển động hướng về âm cực, nơi xảy ra phản ứng oxy (từ không khí) hóa khử các điện tử và tạo ra nước.

Bởi vì côn trùng có hệ tuần hoàn hở cho nên quá trình tuần hoàn máu không chịu nhiều áp lực. Để xác định đầu ra của các tế bào nhiên liệu, các nhà nghiên cứu sử dụng một ổn áp. Công suất đạt gần 100 microwatts (với điện áp khoảng 0,2V) trên mỗi cm vuông. Cường độ dòng điện tối đa đạt khoảng 450 microamps trên mỗi cm vuông.

Các nhà nghiên cứu đang tiến hành các bước nghiên cứu vật liệu nhằm chế tạo ra các tế bào nhiên liệu (và thiết bị phát tín hiệu tiêu tốn ít năng lượng, kèm pin có thể sạc lại) có thể cấy ghép lên cơ thể con côn trùng (con gián) mà bảo đảm con côn trùng này vẫn bay nhảy, hoạt động bình thường.

Trong tương lai, một con côn trùng (con gián chẳng hạn) sẽ được trang bị cảm biến để đo lượng khí độc hại trong một căn phòng, và truyền kết quả đo đạc qua sóng vô tuyến; sử dụng loại pin có thể tự nạp điện hàng giờ trước khi tiếp tục hoạt động trở lại.