¿Cómo podría un cuerpo de mamífero proporcionar energía eléctrica sustancial a través de medios "pasivos" no dañinos?

Voy a investigar la generación de energía eléctrica en los peces. Estos no son los choques de milisegundos que producen las anguilas eléctricas o las rayas, este es el campo eléctrico constante generado en la mayoría de las especies de Mormyridae y Gymnotiformes . Estos se llaman los peces débilmente eléctricos.

Los campos eléctricos producidos por estos peces son campos dipolo-dipolo constantes de bajo nivel que se utilizan para la detección de otras criaturas y la comunicación. No estamos interesados ​​en ninguna de esas aplicaciones, solo en las implicaciones de poder.

Según este documento , Apteronotus leptorhynchus (pez cuchillo fantasma marrón) genera un campo eléctrico en forma de onda que oscila entre cero y 10 mV de potencial dipolo-dipolo de cola de calor. Esta es efectivamente una forma de generación de energía CA. Cada pulso genera$1\times10^{-13}$J de energía dipolar con frecuencia de alrededor de 1000 Hz. El documento también señala que la energía del dipolo aumenta con el cuadrado de la carga del dipolo (que se relaciona linealmente con la caída de potencial).

La creación de un campo de forma de onda continua similar a 400 Hz para un pez cuchillo relacionado, Eigenmannia virescens , requiere 2,5 mJ por segundo. Este es solo un pez de 5 g; la diferencia entre los 2,5 mJ de energía gastada y los ~0,0001$\mu$El sistema nervioso gasta la salida de 'potencia' efectiva. De lo contrario, la energía se convierte directamente de ATP con alta eficiencia.

Ahora, una anguila eléctrica puede generar 800 V o más simplemente tomando 6000 o más del mismo órgano en el pez cuchillo y apilándolos de extremo a extremo para aumentar el potencial eléctrico. Así que definitivamente podemos aumentar la producción potencial al nivel que queramos. Probablemente no necesitemos 120 V CA, pero obtener una fuente de alimentación de 60 Hz de voltaje medio (¿24 voltios tal vez?) para nuestra computadora es totalmente factible. Depende de la potencia que queramos.

Así que hagamos un montón de actos de fe (llamados suposiciones, si realmente estuviera haciendo ciencia real). Digamos que podemos escalar órganos pequeños con poca pérdida de eficiencia, digamos que podemos apilarlos para obtener el voltaje que necesitamos, digamos que podemos operarlos continuamente a 60 Hz. Digamos que el funcionamiento de los nervios nos cuesta el 100% de los costos de producción de energía: 50 por ciento de eficiencia. Finalmente, digamos que dado que la glucosa a ATP es un proceso eficiente en un 40%, los alimentos regulares a ATP tienen un 25% de eficiencia energética. Entonces digamos que podemos dedicar una proporción de nuestra energía metabólica a la generación de electricidad como un pez cuchillo (~25 %).

En ese caso, tomamos una dieta/metabolismo de 2000 calorías, aumentamos eso en un 25 % (2500 calorías) y usamos la diferencia a 0,25 * 0,5 = 12,5 % de eficiencia para generar alrededor de 60 calorías de energía eléctrica por día. Eso funciona para$2.5\times10^{5}$J por día o alrededor de 3 Watts.

¿Qué puedes hacer con 3 Watts? Encienda una línea de base Rasberry Pi 2 mientras está bajo carga informática. No muy bien, pero si hace algunas suposiciones sobre cómo aumentar la eficiencia energética de las computadoras, podría llegar a donde quiere ir.

Entonces, coma un 25% más, agregue unos pocos miles de electro-órganos y tendrá una bio-computadora.

Consideraría usar TEG, generadores termoeléctricos. La gente produce una gran cantidad de calor residual de todos modos debido a la necesidad de mantener la temperatura corporal. Cubra el cuerpo con TEG y recolecte algo de ese calor residual. La parte superior y posterior de la cabeza sería un buen lugar. Es energía que la gente gasta si es capturada o no y no presenta ninguna carga adicional para el cuerpo. Enlace de Wikipedia al generador termoeléctrico

Me sorprendió encontrar esto: Hand Heat Demonstrator y esta página con video de demostración

El generador mide 40 mm x 40 mm y produce alrededor de 40 mW. Asumiendo un área de superficie corporal utilizable de 1 metro cuadrado (1.4 para mujeres 1.9 para hombres) Área de superficie corporal que resulta en (1/(0.04*0.04))*0.040 = 25 Watts.

tenga en cuenta que las computadoras han mostrado una tendencia constante a usar menos energía, no más, al crear una eficiencia cada vez mayor. pero en realidad las grasas contienen la misma densidad energética que la gasolina, por lo que no es tan improbable. ya hay investigaciones en ese sentido, específicamente celdas de biocombustibles enzimáticas aquí hay una excelente revisión del trabajo actual para legos, https://www.electrochem.org/dl/interface/sum/sum07/su07_p28_31.pdf incluso tienen una celda de alimentación un ipod para una buena imagen. Uno de sus objetivos son los pequeños implantes para impulsar la biónica médica. Las celdas de combustible microbianas funcionan aún mejor y pueden usar una gama más amplia de combustibles, pero las bacterias no serían buenos implantes, aunque las células humanas modificadas podrían funcionar.

El cerebro humano consume alrededor de 12 a 16 W (dependiendo de la fuente). Un humano en reposo disipa entre 65 y 100 W (dependiendo de la fuente, tamaño y sexo). Un varón humano promedio razonablemente en forma puede producir alrededor de 75 W de potencia mecánica durante ocho horas ( Wikipedia ), por supuesto, con un aumento en el metabolismo y la ingesta de alimentos. Por lo tanto, no es descabellado suponer que podríamos generar y dedicar, digamos, de 15 a 20 W para que los use nuestro futuro asistente digital integrado, que debería ser suficiente; por ejemplo, un Intel Celeron N300 de doble núcleo tiene un TDP de 4 W. ). La conversión de la energía almacenada en forma de ATP en 3,3 V CC se deja como un ejercicio simple para los bioingenieros interesados.