Beta-voltaické batérie z rádioaktívnych diamantov môžu fungovať desaťročia

Výskumníci z University of Bristol založili spoločnosť Arkenlight a vyvinuli technológiu na odoberanie kúskov rádioaktívneho odpadu z jadrových reaktorov – uhlíka ¹⁴C a trícia z častí, ktoré boli vystavené žiareniu palivových tyčí – a na jeho konverziu na diamanty, ktoré dokážu uvoľňovať vysokoenergetické elektróny v podobe beta žiarenia a premieňať ich na využiteľnú elektrinu. Takéto beta-voltaické batérie môžu generovať energiu extrémne dlhý čas, hoci s malým výkonom. Môžu byť navrhnuté tak, aby vydržali fungovať desaťročia, alebo aj tisíce rokov, v závislosti od polčasu rozpadu konkrétneho izotopu, ktorý používajú.

Rádioaktívny izotop uhlíka ¹⁴C s polčasom rozpadu 5 730 rokov prirodzene vzniká z atómov dusíka ¹⁴N vo vysokých vrstvách atmosféry vplyvom kozmického žiarenia. Izotop, ktorý sa používa na datovanie organických artefaktov v archeológii, sa však nachádza aj grafitových tyčiach jadrových reaktorov.

Vedci sa domnievajú, že jednou z oblastí, kde by sa dali takéto batérie využiť, sú rôzne elektronické implantáty. Napriek tomu, že sú vyrobené z rádioaktívneho jadrového odpadu, Arkenlight hovorí, že sú veľmi bezpečné dokonca aj vo vnútri ľudského tela. Takéto mäkké beta žiarenie nepreniká ďaleko do tkaniva a extrémna tvrdosť diamantovej štruktúry robí batérie mimoriadne mechanicky odolné.

Nedávno Arkenlight nadviazal spoluprácu s francúzskou spoločnosťou Axorus, kvôli možnosti použitia beta-voltaických mikrobatérií na napájanie umelých neurónov, ktoré Francúzi vyvíjajú.

Tieto umelé neuróny môžu byť v prípade potreby implantované do nervového systému. Tu môžu snímať signály z biologických neurónov, prijímať vstupy z vonkajších systémov a potom posielať elektrické signály späť do nervového systému. Sú to vlastne CMOS elektronické obvody, až 1000-krát energeticky efektívnejšie a 10-krát menšie ako biologické neuróny.

Axorus v súčasnosti vyvíja umelú sietnicu, ktorá spája množstvo umelých neurónov s fotodiódami v podobe matrice „pixelov“, ktorá dokáže čítať prichádzajúce svetlo a posielať elektrický signál do mozgu cez optický nerv. Je určená pre pacientov s vekom podmienenou degeneráciou makuly, ktorým dokáže čiastočne vrátiť videnie, aj keď spočiatku len v čiernobielej podobe.

Umelé sietnice budú poháňané samotným okolitým svetlom, ale čo potme? Malé, bezpečné beta-voltaické batérie, ktoré vydržia desiatky rokov, by mohli byť riešením. Preto sa Axorus a Arkenlight spojili, aby potvrdili funkčnosť konceptu a vytvorili prvý umelý neurón poháňaný tríciovým rádiovoltaickým mikrogenerátorom.

Diamantové batérie by mohli umelú sietnicu napájať v noci, a firma má v hľadáčiku rad ďalších aplikácií pre svoje umelé neuróny v mozgu, v endokrinnom systéme, v črevách a močovom systéme, kde môžu potenciálne liečiť rôzne druhy porúch, pričom na svoje fungovanie nebudú potrebovať žiadne svetlo.

„Cesta k životaschopnému produktu si vyžaduje množstvo experimentov pri zdokonaľovaní zloženia a výrobného procesu, aby sme zaistili najvyššiu možnú hustotu výkonu“, povedal generálny riaditeľ spoločnosti Arkenlight, Morgan Boardman.

Od komerčne dostupného produktu nás delí ešte niekoľko rokov, myslí si Boardman. Firma však dúfa, že do roku 2024 dokáže poskytnúť prvé funkčné vzorky. A ak dokáže, že tieto batérie sú bezpečné a spoľahlivé v ľudskom tele a dodávajú užitočné množstvo energie, môžu nájsť uplatnenie v mnohých medicínskych aplikáciách.