Bên dưới làn nước đục của sông Amazon, một kẻ săn mồi đặc biệt đang âm thầm di chuyển. Với chiều dài lên tới 1,8 mét, con lươn điện (Electrophorus electricus) uốn lượn như một sợi cáp cao thế sống động giữa lòng sông. Khi lớp da của nó phát ra những ánh sáng mờ ảo với sắc xanh kỳ lạ, đó chính là dấu hiệu của một cuộc tấn công sắp diễn ra. Chỉ trong tích tắc, một luồng điện 600 volt được phóng ra, làm tê liệt đàn cá da trơn gần đó. Ngay cả những con cá piranha hung dữ cũng phải hoảng sợ bỏ chạy trước "cú sốc" của kẻ săn mồi lão luyện này.
Nhưng đằng sau những cú phóng điện đáng sợ ấy không chỉ là bản năng săn mồi, mà còn là một hệ thống lưu trữ năng lượng sinh học cực kỳ tinh vi, một cơ chế mà con người có thể học hỏi để phát triển công nghệ năng lượng trong tương lai.
Khoảng 80% chiều dài cơ thể lươn điện chứa ba cơ quan điện chính: cơ quan chính, cơ quan Hunter và cơ quan Sachs. Mỗi cơ quan chứa hàng ngàn cột tế bào điện.
Lươn điện sở hữu một hệ thống phát điện sinh học chiếm đến 80% thể tích cơ thể. Cấu trúc này gồm hơn 6.000 tế bào chuyên biệt, mỗi tế bào đóng vai trò như một "viên pin sinh học" thu nhỏ. Khi được kích hoạt đồng loạt, chúng tạo ra dòng điện có hiệu điện thế lên tới 600 volt, đủ sức sạc đầy ba chiếc điện thoại thông minh chỉ trong một lần phóng điện.
Hệ thống này hoạt động tương tự như một nhà máy thủy điện thu nhỏ. Các màng tế bào trong cơ quan phát điện của lươn được bao phủ bởi các bơm ion, giúp tích trữ ion natri ở bên ngoài và ion kali ở bên trong, tạo ra chênh lệch điện áp. Khi có kích thích, dòng ion này sẽ tràn qua màng tế bào, sinh ra dòng điện và truyền dọc theo cơ thể lươn như một chuỗi pin mắc nối tiếp.
Điều đặc biệt là lươn điện có thể điều chỉnh cường độ phóng điện theo từng tình huống. Nếu muốn giết con mồi, nó có thể giải phóng một cú sốc điện cao áp. Nếu chỉ muốn thăm dò môi trường xung quanh, nó sẽ phát ra dòng điện yếu hơn. Hệ thống lưu trữ và điều chỉnh năng lượng này hoạt động với hiệu suất lên đến 90%, cao hơn cả pin lithium-ion mà con người sử dụng.
Cơ thể lươn điện chứa hàng ngàn tế bào đặc biệt gọi là tế bào điện (electrocytes). Những tế bào này hoạt động như các pin nhỏ, có khả năng tạo ra điện tích. Các tế bào điện được xếp chồng lên nhau như các đồng xu trong một cuộn, tạo thành các cột dọc theo cơ thể lươn.
Lươn điện không chỉ sở hữu khả năng tấn công mạnh mẽ mà còn rất thông minh trong việc quản lý năng lượng. Khi săn mồi, nó sẽ không lập tức xả hết công suất mà thay vào đó, phát ra các xung điện 300 volt để làm con mồi tê liệt trước khi tung ra cú điện giật kết liễu.
Khi gặp kẻ thù, nó có thể kích hoạt "chế độ khẩn cấp", tăng khả năng dự trữ điện từ 30% lên 95% chỉ trong 20 giây. Nếu bị tấn công bất ngờ, lươn điện có thể tung ra liên tiếp ba cú sốc điện chỉ trong chưa đầy một giây, đủ để khiến một con cá sấu caiman choáng váng và buộc phải thả lươn ra.
Tuy nhiên, ngay cả bậc thầy năng lượng này cũng có giới hạn. Nếu phóng điện liên tục năm lần ở mức tối đa, lượng lactate trong máu của lươn sẽ tăng cao đến mức nguy hiểm, khiến nó rơi vào trạng thái kiệt sức. Chính vì vậy, chúng đã phát triển một chiến lược thông minh: ưu tiên đe dọa trước khi chiến đấu thực sự, và chỉ tấn công mạnh khi không còn lựa chọn nào khác.
Cơ chế phát điện và quản lý năng lượng của lươn điện đã truyền cảm hứng cho nhiều nghiên cứu khoa học. Các nhà khoa học Thụy Sĩ đã phát triển một loại pin sinh học linh hoạt mô phỏng cấu trúc xếp chồng của các tế bào phát điện lươn, giúp tăng khả năng lưu trữ năng lượng trên một đơn vị thể tích gấp ba lần so với pin lithium truyền thống.
Trong lĩnh vực y tế, các kỹ sư Nhật Bản đã thiết kế máy tạo nhịp tim chống rò rỉ dựa trên cơ chế cách điện sinh học từ da của lươn điện. Điều này giúp ngăn chặn tình trạng rò rỉ điện và tăng tuổi thọ của thiết bị y tế.
Thậm chí, một số ngư dân Mỹ đã phát minh ra bẫy cá điện dựa trên ánh sáng xanh mà lươn điện phát ra trước khi phóng điện, một phương pháp mới giúp đánh bắt cá hiệu quả hơn mà không cần đến lưới hay mồi.
Khi lươn điện muốn phóng điện, hệ thần kinh của chúng sẽ kích hoạt đồng thời các tế bào điện. Sự chênh lệch điện tích giữa các tế bào điện tạo ra một dòng điện mạnh, dòng điện này được phóng ra ngoài qua các cơ quan điện, tạo thành một cú sốc điện.
Trong khi con người vẫn còn loay hoay với bài toán lưu trữ và tối ưu hóa năng lượng, thì thiên nhiên đã giải quyết vấn đề này từ hàng triệu năm trước. Nếu một sinh vật có thể sạc và phóng điện mà không cần pin hay nguồn điện bên ngoài, thì tương lai của công nghệ năng lượng tái tạo có lẽ cũng có thể tiến gần đến khả năng đó.
