Buzz
Lươn điện từ lâu đã làm giới khoa học không khỏi ngạc nhiên về khả năng điều khiển năng lượng một cách chính xác và hiệu quả. Loài sinh vật này không phát điện một cách bừa bãi, mà tính toán kỹ lưỡng từng cú sốc dựa trên hoàn cảnh xung quanh.
Dưới dòng nước mờ đục của sông Amazon, một kẻ săn mồi đầy bí ẩn đang di chuyển một cách lặng lẽ. Lươn điện, với chiều dài 1,8 mét, uốn lượn như một sợi cáp điện sống động trong lòng sông. Khi ánh sáng xanh kỳ lạ phát ra từ làn da của nó, đó là dấu hiệu cho một cuộc tấn công sắp diễn ra. Chỉ trong một tích tắc, một luồng điện 600 volt được phát ra, tê liệt cả đàn cá da trơn gần đó. Ngay cả cá piranha hung dữ cũng phải hoảng sợ bỏ chạy trước cú sốc mạnh mẽ của lươn điện.
Nhưng đằng sau những cú phóng điện đầy mạnh mẽ ấy, không chỉ là bản năng săn mồi mà còn là một hệ thống năng lượng sinh học cực kỳ phức tạp. Một cơ chế mà chúng ta có thể học hỏi để phát triển công nghệ năng lượng trong tương lai.
Khoảng 80% chiều dài cơ thể lươn điện chứa ba cơ quan điện chính: cơ quan chính, cơ quan Hunter và cơ quan Sachs. Mỗi cơ quan này bao gồm hàng ngàn tế bào điện nhỏ.
Lươn điện sở hữu một hệ thống phát điện sinh học chiếm đến 80% thể tích cơ thể, bao gồm hơn 6.000 tế bào điện chuyên biệt. Mỗi tế bào này đóng vai trò như một viên pin sinh học nhỏ. Khi kích hoạt đồng loạt, chúng tạo ra dòng điện với hiệu điện thế lên tới 600 volt, đủ mạnh để sạc đầy ba chiếc điện thoại thông minh chỉ trong một lần phát điện.
Hệ thống điện của lươn điện hoạt động như một nhà máy thủy điện thu nhỏ. Các màng tế bào trong cơ quan phát điện của nó được bao phủ bởi các bơm ion, giúp tích trữ ion natri ở ngoài và ion kali ở bên trong, tạo ra sự chênh lệch điện áp. Khi có kích thích, dòng ion này sẽ tràn qua màng tế bào, tạo ra dòng điện và truyền đi dọc cơ thể lươn như một chuỗi pin mắc nối tiếp.
Lươn điện có khả năng điều chỉnh cường độ phóng điện tùy theo tình huống. Khi săn mồi, nó có thể phóng điện với cường độ cao để giết chết con mồi, nhưng khi chỉ cần thăm dò môi trường xung quanh, nó sẽ phát ra một dòng điện yếu hơn. Hệ thống điều chỉnh và lưu trữ năng lượng của nó hoạt động với hiệu suất lên tới 90%, cao hơn cả pin lithium-ion mà chúng ta sử dụng.
Cơ thể lươn điện chứa hàng ngàn tế bào đặc biệt gọi là tế bào điện (electrocytes). Những tế bào này hoạt động như các pin nhỏ, có khả năng tạo ra điện tích. Các tế bào điện được xếp chồng lên nhau như các đồng xu trong một cuộn, tạo thành các cột dọc theo cơ thể lươn.
Lươn điện không chỉ mạnh mẽ trong tấn công mà còn rất thông minh trong việc điều khiển năng lượng. Khi săn mồi, thay vì sử dụng toàn bộ năng lượng ngay lập tức, nó sẽ phát ra các xung điện 300 volt để tê liệt con mồi trước khi tung ra cú điện giật kết liễu.
Khi gặp nguy hiểm, lươn điện có thể kích hoạt "chế độ khẩn cấp" để tăng khả năng dự trữ điện từ 30% lên 95% chỉ trong 20 giây. Nếu bị tấn công, nó có thể phát ra liên tiếp ba cú sốc điện trong chưa đầy một giây, đủ mạnh để làm choáng váng một con cá sấu caiman và khiến nó phải thả lươn ra.
Mặc dù là bậc thầy về năng lượng, lươn điện cũng có giới hạn. Nếu phóng điện tối đa năm lần liên tiếp, lượng lactate trong máu của nó sẽ tăng cao đến mức gây nguy hiểm, dẫn đến kiệt sức. Vì vậy, chúng đã phát triển chiến lược thông minh: đe dọa trước, chỉ tấn công mạnh mẽ khi không còn lựa chọn nào khác.
Cơ chế phát điện và điều chỉnh năng lượng của lươn điện đã truyền cảm hứng cho nhiều nghiên cứu khoa học. Các nhà nghiên cứu Thụy Sĩ đã phát triển một loại pin sinh học linh hoạt mô phỏng cấu trúc xếp chồng của các tế bào điện của lươn, giúp tăng khả năng lưu trữ năng lượng trên mỗi đơn vị thể tích gấp ba lần so với pin lithium thông thường.
Trong lĩnh vực y tế, các kỹ sư Nhật Bản đã thiết kế máy tạo nhịp tim chống rò rỉ, lấy cảm hứng từ cơ chế cách điện sinh học trong da lươn điện. Điều này giúp ngăn chặn hiện tượng rò rỉ điện và tăng tuổi thọ của thiết bị y tế.
Một số ngư dân Mỹ đã sáng tạo ra bẫy cá điện, dựa trên ánh sáng xanh phát ra từ lươn điện trước khi nó phóng điện. Phương pháp này giúp họ đánh bắt cá hiệu quả mà không cần phải sử dụng lưới hay mồi.
Khi lươn điện muốn phóng điện, hệ thần kinh của chúng sẽ kích hoạt đồng loạt các tế bào điện. Sự chênh lệch điện tích giữa các tế bào điện tạo ra một dòng điện mạnh, và dòng điện này sẽ được phóng ra qua các cơ quan điện, tạo thành cú sốc điện.
Trong khi con người vẫn đang tìm cách tối ưu hóa và lưu trữ năng lượng, thiên nhiên đã giải quyết vấn đề này từ hàng triệu năm trước. Nếu một sinh vật có thể tự sạc và phóng điện mà không cần pin hay nguồn điện bên ngoài, có lẽ tương lai của công nghệ năng lượng tái tạo sẽ đạt đến khả năng tương tự.
