实验室测试：赛博格技术从心脏细胞中获取电能马萨诸塞大学阿默斯特分校的一个研究团队开发出一种超薄网状结构，能够将人类细胞与电子设备无缝连接，并从中获取电能。大学表示，未来此类系统有望解决心脏起搏器、除颤器或脑起搏器等植入式医疗设备面临的最大问题之一：这些固定植入体内的医疗设备的电池终将耗尽。关于这种“生物混合”技术的研究已发表在《科学进展》期刊上。
Tests im Labor Cyborg-Technik gewinnt Strom aus Herzzellen Ein Forschungsteam der University of Massachusetts Amherst hat ein ultradünnes Netz entwickelt, um menschliche Zellen nahtlos mit Elektronik zu verbinden und aus ihnen Strom zu gewinnen. Die Universität teilte mit, Systeme wie dieses könnten in Zukunft eines der größten Probleme bei Implantaten wie Herzschrittmachern, Defibrillatoren oder Hirnschrittmachern lösen: Die Batterien der medizinischen, fest im Körper verbauten Geräte sind irgendwann leer. Die Studie zu der »biohybriden« Technik wurde in der Fachzeitschrift »Science Advances« veröffentlicht.
“我们的身体就像一个全天候运行的发电站，”论文第一作者Siqi Wang在一份声明中表示，“每一个细胞都在产生自身的能量。”其中一部分是机械能，例如肌肉组织收缩时释放的能量；另一部分则是电能，比如神经冲动。“类似人类组织”的部件为了利用这种能量，研究人员开发了一种能够与心脏组织融合的网状结构。网由一种名为铅锆钛酸盐（PZT）的材料制成，该材料能够将机械能转换为电能。
»Unser Körper ist ein Kraftwerk, das rund um die Uhr in Betrieb ist«, sagte Hauptautorin Siqi Wang laut einer Mitteilung. »Jede einzelne Zelle erzeugt ihre eigene Energie.« Bei einem Teil handele es sich um mechanische Energie, sie werde etwa bei der Kontraktion von Muskelgewebe frei. Ein anderer Teil sei elektrischer Natur – beispielsweise Nervenimpulse. Bauteil »wie menschliches Gewebe« Um diese Energie zu nutzen, entwickelten die Forschenden ein Netz, das mit Herzgewebe verwachsen kann: Es besteht aus einem Material namens Blei-Zirkonat-Titanat. Dieses Material kann mechanische in elektrische Energie umwandeln.
研究人员将这种材料的条带附着在一层超薄且柔韧的聚合物薄膜上。随后，他们在实验室中将人类心脏细胞培植在这张网上。
Die Forscher brachten Streifen davon auf einer ultradünnen und flexiblen Polymerschicht an. Dieses Netz besiedelten sie dann im Labor mit menschlichen Herzzellen.
研究人员表示，结果是“一个既能像人类组织一样运动和外观，又能像永不需要更换的电池一样运作的部件”。当组织运动时，聚合物层中会产生电势。
Das Ergebnis, so hieß es, sei »ein Bauteil, das sich wie menschliches Gewebe bewegt und auch so aussieht, aber wie eine Batterie funktioniert, die niemals ausgetauscht werden muss«. Bewegte sich das Gewebe, entstand in der Polymerschicht elektrische Spannung.
»性能强大且非侵入性« 根据团队的说法，要实现该系统的成功，电气工程领域需要一次»范式转变»：不能再依赖于像电池或发电厂这样的集中式能源，而必须适应生物体内分散式的结构。研究表明，这种可向多个方向生长的生物混合组织具有比传统系统高十倍的能量密度。因此，一个比电池小得多的组件就足以为植入式设备供电。外，超薄的设计还允许将多层材料叠加堆叠。
»Leistungsstark und nicht-invasiv« Für den Erfolg des Systems ist laut dem Team ein »Paradigmenwechsel« in der Elektrotechnik nötig: Statt von einer zentralen Energiequelle wie einer Batterie oder einem Kraftwerk auszugehen, müsse man sich der dezentralen Struktur des lebendigen Körpers anpassen. Das in verschiedene Richtungen wachsende biohybride Gewebe kommt der Studie zufolge auf eine zehnmal so hohe Energiedichte wie klassische Systeme. Demnach würde ein deutlich kleineres Bauteil als eine Batterie genügen, um ein Implantat mit Strom zu versorgen. Die ultradünne Bauweise erlaube zudem, mehrere Schichten übereinander aufzutragen.
参与研究的教授姚俊表示，该技术»性能强大且同时非侵入性«。另一个潜在优势是，人体对这类系统的排斥倾向可能低于对携带笨重电池的系统的排斥。»生物相容性要好得多。« 姚在声明中提到了科幻愿景中的赛博格形象——生物与技术融为一体——称之为»人类长期梦想的未来«。后，植入式设备也被视为一种赛博格技术，并成为被接受的现实。然而，根据大学的说法，这种生物混合动力装置要真正实用化仍需漫长的道路。目前的研究仅应被理解为实验性的基础研究。
Die Technik sei »leistungsstark und zugleich nicht-invasiv«, sagte der beteiligte Professor Jun Yao. Ein weiterer Vorteil könne sein, dass der menschliche Körper weniger dazu neigen würde, derartige Systeme abzustoßen als solche mit sperriger Batterie. »Die Biokompatibilität ist weitaus besser.« Yao erinnerte in der Mitteilung an Science-Fiction-Visionen von Cyborgs, in denen Lebewesen und Technik eins werden – als »Zukunft, von der der Mensch schon lange träumt«. Danach sind Implantate auch eine Art Cyborg-Technik und akzeptierte Realität. Bis das biohybride Kraftwerk wirklich nutzbar werde, ist es der Universität zufolge jedoch noch ein langer Weg. Die aktuelle Studie sei nur als experimentelle Grundlagenforschung zu verstehen.