De zwemmende batterij


Foto: Stan Shebs

Velen van ons hebben het als kind meegemaakt: elkaar opstoken om schrikdraad aan te raken. Jongetjes gaan daarbij soms nog een stap verder en dagen elkaar uit om tegen het draad aan te plassen. Ongevaarlijk, maar wel erg pijnlijk.

Hopelijk doen kinderen in Zuid-Amerika niet een vergelijkbaar spelletje: stap in de rivier met sidderalen. Hoewel een schok van een sidderaal voor volwassen mensen meestal niet dodelijk is, kan iemand er wel bewusteloos van raken en verdrinken.

Er zijn circa 250 elektrische vissen, waarvan de sidderaal de bekendste is. Ze zijn in twee categorieën te verdelen, afhankelijk van het voltage dat de vissen genereren. Zwak elektrische vissen produceren een laag voltage om te communiceren en navigeren (elektrolocatie). Ze leven in modderig en troebel water waar ogen niet veel nut hebben. Hun lichaam is omgeven door een elektrisch veld dat vervormt als het in contact komt met een object, bijvoorbeeld een steen, waterplant of prooi. De manier waarop het veld vervormt hang af van hoe goed dat object elektriciteit geleidt. De vis heeft gevoelige elektroreceptoren over zijn hele lichaam om kleine veranderingen in het elektrisch veld tot op een meter afstand te detecteren.

De andere categorie bestaat uit sterk elektrische vissen die hoge voltages produceren en stroomstoten gebruiken om zich te verdedigen tegen vijanden en om prooien te verdoven.

De sidderaal zet zwaar in op zijn elektrisch vermogen. De vis heeft maar liefst drie organen om elektriciteit mee te genereren, die tezamen tachtig procent van zijn langgerekte lichaam innemen. Twee organen produceren een hoog voltage en de derde een laag voltage. De sidderaal, overigens geen palingachtige maar verwant aan de meerval, is dus van alle markten thuis en is zowel sterk als zwak elektrisch.

De organen bestaan uit ‘omgebouwde’ spiercellen, de elektrocyten. Spieren en zenuwen functioneren sowieso al met behulp van elektriciteit. Elektrocyten kunnen niet samentrekken, zoals spiercellen, en gebruiken de elektriciteit om spanning op te bouwen die tijdens de ontlading voor een elektrische stroom zorgen.

Iedere elektrocyt genereert maar een kleine spanning van 0,15 volt. Maar net als bij een batterij of accu, waar elektrochemische cellen in serie zijn geschakeld, zijn ook de elektrocyten in serie geschakeld. Als deze elektrische cellen tegelijk ontladen, tellen alle kleine beetjes spanning bij elkaar op tot een hoge spanning.

Korte stroomschokken
Hoe groter de vis, hoe meer elektrocyten, hoe hoger de spanning die de vis kan genereren. Een onvolwassen sidderaal produceert zo’n 100 volt en een gemiddeld volwassen exemplaar 600 volt. Bij de uit de kluiten gewassen knoerten van 2,5 meter met 5000 tot 6000 elektrocyten is maar liefst 860 volt gemeten met een stroomsterkte van 1 ampère. De reden dat deze schokken voor een volwassen mens meestal niet dodelijk zijn, is omdat ze maar heel kort duren.

Sidderalen worden ook wel zwemmende batterijen genoemd. Het zijn geen wegwerpbatterijen omdat de benodigde energie om elektriciteit te produceren continu door hun stofwisseling wordt geleverd. Dat maakt de elektrocyten een goede inspiratiebron voor batterijen die in of op het lichaam zijn te gebruiken. Deze sidderbatterijen zijn niet alleen lichaamsvriendelijk, maar kunnen hun energie, net als de sidderaal, uit de stofwisseling van het lichaam halen.

Met de in ontwikkeling zijnde kunstmatige elektrische organen kunnen pacemakers, implantaten, sensoren, elektrische protheses en draagbare elektronica (wearables) van energie worden voorzien zonder dat de batterij opraakt. Het enige dat de bezitter moet doen is eten om de stofwisseling aan de praat te houden. Deze batterijen lopen simpelweg op ontbijt, lunch en diner.


Foto: Dr. Torsten Roßmann et al

Elektrolocatie: het lichaam is omgeven door een elektrisch veld dat vervormt als het in contact komt met een object. De manier waarop het veld vervormt hang af van hoe goed dat object elektriciteit geleidt.

Gepubliceerd in dagblad Trouw op 6 maart 2018

Ylva Poelman alias De Bionische Vrouw
E: info@bionicacentrum.nl
T: 06 - 22 79 71 84