Cá chình điện: Nguồn cảm hứng cho loại pin điện đầu tiên trên thế giới

Nhà vật lý người Ý Alessandro Volta đã vận dụng các nguyên tắc điện hóa để phát minh ra loại pin đầu tiên vào năm 1800. Kể từ đó, các nhà khoa học đã có những cải tiến mới, nhưng pin hiện đại nhìn chung vẫn dựa trên nguyên tắc tương tự như của Volta: ghép nối các vật liệu với nhau có thể tạo ra phản ứng điện hóa và tận dụng các electron được hình thành từ đó để tạo ra công suất điện.

Trên thực tế, từ trước khi con người sử dụng pin nhân tạo, các loài cá điện, chẳng hạn như cá đuối điện (Torpediniformes) của Địa Trung Hải và đặc biệt là các loại cá chình điện nước ngọt của Nam Mỹ (bộ Gymnotiformes) đều có khả năng phóng điện. Những con cá điện là nguồn cảm hứng để Volta tiến hành những nghiên cứu ban đầu về pin.

Các nhà khoa học hiện đại giờ đây đã chứng minh cá chình sử dụng cách tiếp cận tương tự như cách các tế bào thần kinh của chúng ta tạo ra xung điện, nhưng ở quy mô lớn hơn nhiều.

Các tế bào chuyên biệt trong cơ quan điện của cá chình bơm các ion qua màng bán thấm để tạo ra sự chênh lệch điện tích giữa bên trong và bên ngoài màng. Khi các “cổng” cực nhỏ trong màng mở ra, các ion chảy nhanh từ bên này sang bên kia của màng, tạo ra dòng điện. Cá chình có thể đồng thời mở tất cả các “cổng” màng của nó theo ý muốn để tạo ra một luồng điện cực lớn, sau đó phóng vào con mồi.

Cá chình điện không giật chết con mồi; chúng chỉ gây choáng bằng điện trước khi tấn công. Một con cá có thể tạo ra hàng trăm volt điện (ổ cắm điện gia dụng ở Mỹ là 110 volt), nhưng điện áp của con cá không đủ để duy trì dòng điện (cường độ dòng điện) một thời gian đủ dài để giết chết các sinh vật. Mỗi xung điện từ một con cá chình chỉ kéo dài vài phần nghìn giây và có cường độ ít hơn 1 ampe. Nó chỉ tương đương 5% cường độ dòng điện trong gia đình.

Điều này tương tự như cách thức hoạt động của hàng rào điện, phát ra các xung điện cao áp trong thời gian rất ngắn với cường độ dòng điện rất thấp. Do đó, chúng gây sốc nhưng không đủ để làm chết gấu hoặc những loài động vật khác cố gắng vượt hàng rào. Nó cũng tương tự như súng điện Taser hiện đại, vận hành bằng cách nhanh chóng phát ra một xung điện áp cực cao (khoảng 50.000 volt) mang cường độ dòng điện rất thấp (chỉ vài miliampe).