Hace doscientos años, las anguilas eléctricas sirvieron de inspiración en la fabricación de la primera batería. Actualmente, estos peces inspiran nuevas tecnologías allanando el camino para un mejor futuro. Para satisfacer la enorme demanda de energía portátil, muchos innovadores buscan una tecnología que reemplace a las baterías actuales.
Volta y la invención de la batería.
En el 1800, el físico italiano Alessandro Volta inventó la primera batería partiendo de principios electroquímicos fundamentales. Esencialmente, un vínculo físico entre dos materiales diferentes (generalmente metales) produciendo una reacción química. Un fenómeno característico por el flujo de electrones de un material a otro. Volta encontró que dicho flujo podía aprovecharse para generar energía.
El zinc y cobre serían los primeros materiales empleados en la fabricación de baterías. Sin embargo, esto cambió con el paso del tiempo. Actualmente las baterías no solo son más pequeñas, también generan una mayor potencia eléctrica que sus antecesoras. Y eso se logró al combinar litio metálico uno de diversos compuestos metálicos.
Si bien es cierto que en el transcurso de estos dos siglos tuvimos mejorías notables, las baterías modernas funcionan bajo el mismo principio que descubrió Volta. Arrebatando los electrones que se producen al emparejar materiales capaces de generar una reacción electroquímica.
Imitando el órgano eléctrico de las anguilas.
Pero, mucho antes de que Volta inventara la primera batería, el hombre entendía la existencia de peces eléctricos. Tal es el caso de las tremielgas (Torpedo torpedo), un extraño pez que produce descargas eléctricas de hasta 220 voltios como mecanismo de defensa. O diversas especies de anguila eléctrica de agua dulce que crecen en Sudamérica, y también produces descargas eléctricas impresionantes.
Para nada es un secreto que los peces eléctricos inspiraron la investigación de Alessandro Volta que resultó en la batería. Increíblemente, los científicos modernos siguen inspirándose en la biología de estos animales para perfeccionar la tecnología de la energía portátil.
Una pila de cobre, zinc y papel.
Antes de los avances del físico italiano, la única forma de generar electricidad era friccionando diversos materiales. Por ejemplo, al tallar un trozo de seda contra un vidrio se obtenía electricidad estática. Como puedes imaginar, no era una forma fácil y mucho menos práctica de producir energía útil. Volta sabía que los peces eléctricos presentan un órgano interno especial dedicado a la generación de electricidad.
De hecho, concluyó que, si podía imitar el funcionamiento de este órgano, encontraría un nuevo método para generar electricidad. El órgano en cuestión es una estructura compuesta por largas filas de células apiladas. Muy parecido a un montón de monedas apiladas una sobre otra. Volta tomó hojas de diversos materiales, cortó discos del tamaño de una moneda y los apiló en secuencias diferentes. Buscaba alguna combinación que produjera electricidad.
Estos experimentos resultaron un rotundo fracaso, hasta el día en que el físico emparejó discos de cobre y zinc. Para separar los pares apilados empleaba trozos de papel saturados de agua salada. Inesperadamente, esta secuencia de cobre-zinc-papel producía electricidad. Y la salida eléctrica era proporcional a la altura de la pila.
Volta estaba seguro de que imitó el funcionamiento del órgano que permitía a las anguilas producir electricidad. Había develado el secreto de los peces eléctricos.
¿Cómo producen las descargas las anguilas eléctricas?
Hoy, los científicos saben que el abordaje de Volta poco tiene que ver con el mecanismo que permite a la anguila eléctrica generar electricidad. De hecho, las anguilas emplean una técnica mucho más parecida a la forma en que nuestras células nerviosas producen los impulsos eléctricos. Evidentemente, a una escala mucho mayor.
Dentro del órgano eléctrico de estos peces se encuentran células especializadas. Estructuras que liberan iones a través de una barrera de membrana semipermeable. Dicho proceso produce una diferencia de carga eléctrica entre el interior y el exterior. Cuando se abren unas puertas microscópicas en la membrana, el acelerado flujo de iones de un lado a otro produce corriente eléctrica.
Increíblemente, las anguilas tienen la habilidad de abrir simultáneamente todas las puertas de la membrana a voluntad. Con esto producen una intensa descarga eléctrica que liberan específicamente sobre su presa. Aunque el objetivo no es matarla, sino aturdirla para atacar con ventaja.
Las anguilas pueden producir cientos de voltios de electricidad, pero no generan corriente suficiente para matar (amperaje). El impulso eléctrico de una anguila dura apenas unas milésimas de segundo y entrega menos de 1 amperio. Las descargas de las anguilas se parecen mucho al funcionamiento de las cercas eléctricas.
Estudios modernos que imitan a las anguilas eléctricas.
Al igual que Volta, algunos investigadores que buscan revolucionar la tecnología de las baterías encuentran inspiración en las anguilas eléctricas. De hecho, actualmente una investigación de científicos estadounidenses y suecos trabaja en un nuevo tipo de batería inspirada por las anguilas. Un banco de energía suave y flexible que podría alimentar robots e implantes médicos en el futuro.
Sin embargo, el equipo reconoce el enorme camino que tiene que recorrer antes de declarar victoria. “Los órganos eléctricos de las anguilas son increíblemente sofisticados. Resultan mucho más efectivos para generar energía que cualquiera de nuestras tecnologías”, explicó Michael Mayer, de la Universidad de Friburgo y colaborador del estudio. El desarrollo de las baterías de iones de litio les valió el Premio Nobel de 2019 a los científicos que lo implementaron.