การหายใจเข้าและหายใจออกเกิดขึ้นโดยอัตโนมัติในสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ แต่กระบวนการหายใจของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมกลับเป็นระบบที่มีความซับซ้อนที่สุดสำหรับการแลกเปลี่ยนก๊าซที่พบได้ในธรรมชาติ ลมหายใจแต่ละครั้งจะเคลื่อนที่ผ่านหลอดลมขนาดเล็กและเดินผ่านไปมาจนกระทั่งถึงถุงลมในปอด จากนั้นก๊าซจะผ่านเข้าไปในกระแสเลือดโดยไม่ทำให้เกิดการกระจายตัวซึ่งจะก่อให้เกิดฟองอากาศและเป็นอันตราย
โครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์ของถุงลมในปอดซึ่งทำให้การแลกเปลี่ยนก๊าซมีประสิทธิภาพสูง กลายเป็นแรงบันดาลใจให้นักวิทยาศาสตร์จากห้องปฏิบัติการภาควิชาวัสดุศาสตร์และวิศวกรรม แห่งมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดในสหรัฐอเมริกา นำเอากระบวนการทำงานของปอดไปพัฒนาตัวเร่ง ปฏิกิริยาไฟฟ้า เลียนแบบถุงลมเล็กๆในปอดที่ทำจากโพลีเอทิลีน (polyethylene) และทดสอบกระบวนการอย่างเป็นขั้นเป็นตอนคล้ายการหายใจออก โดยนำกลไกนี้ไปแยกน้ำเพื่อผลิตก๊าซไฮโดรเจนให้กลายเป็นเชื้อเพลิงสะอาด โดยมีการทำปฏิกิริยาเคมีสำคัญในการสังเคราะห์สารที่เรียกว่าออกซิไดซ์ กับโมเลกุลของน้ำในขั้วบวกของแบตเตอรี่และลดกำลังในขั้วลบ ก๊าซออกซิเจนและก๊าซไฮโดรเจนจะถูกผลิตขึ้นอย่างรวดเร็วและเคลื่อนผ่านเยื่อบางๆ คล้ายถุงลมในปอด ส่วนกระบวนการที่ 2 ก็จะเหมือนหายใจเอาออกซิเจนเข้าเพื่อสร้างพลังงาน ก๊าซออกซิเจนจะถูกส่งไปยังตัวเร่งปฏิกิริยาที่ผิวของขั้วไฟฟ้า
ทีมวิจัยเผยว่างานชิ้นนี้ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นพัฒนา ต้องผ่านการปรับปรุงให้สมบูรณ์ก่อนที่จะนำไปใช้งานในเชิงพาณิชย์ เนื่องจากวัสดุโพลีเมอร์บางชนิดไม่ทนต่ออุณหภูมิที่สูงกว่า 100 องศาเซลเซียส กลายเป็นข้อจำกัดในการใช้งานจึงจำเป็นต้องวิจัยหาวัสดุที่เหมาะสมมาแทนที่เพื่อให้ทนต่อความร้อนได้มากขึ้น.
Credit : Li et al. / Joule
...