Енергія китів в промисловості

Колись кит був наземним ссавцем, але згодом, повернувшись до моря, він перетворився на найбільшу та найрозумнішу із земних тварин. У 18 столітті полювати на кита почали через цінність його жиру. Отриманий з нього жир збирався і продавався у всьому світі. Олію з китового жиру могли застосовувати для нічного освітлення і навіть використовували для звичайного приготування їжі. В результаті багаторічного полювання на китів тварини опинилися на межі зникнення. Людству знадобилось ще 250 років, аби збагнути, що справжня цінність кита полягає не в його жирі, а в здатності тварини генерувати від шести до дванадцяти вольт електроенергії тільки з калію, натрію і кальцію. Це надзвичайний факт, особливо якщо врахувати, що кити харчуються і відновлюють енергію лише завдяки крилю та дрібній рибі. Цей біохімічний потенціал став феноменом для виробництва електроенергії, дослідженню якого Рейнольдс присвятив більше трьох десятиліть.

Рейнольдса зацікавило, як, незважаючи на дивовижні психічні та фізіологічні трансформації, серце цього велетенського ссавця зуміло адаптуватися до цих змін. Протягом усього життя, яке триває близько 80 років, без будь-якого зовнішнього втручання чи допомоги, кожен удар китового серця прокачує 250 галонів крові через 100 мільйонів миль артерій та вен. Це змусило Рейнольдса замислитись: яким чином киту вдавалось розподіляти електричний струм по всьому масивному тілу та координувати пульсуючі ритми в масштабі, що в тисячу разів перевищував серце свого собакоподібного предка. Жодних випадків зупинки серця у китів не зафіксовано. Тим не менш, якби наше серце розміщалось у такому великому жировому прошарку, воно б просто відмовилось працювати.

Відтак Рейнольдс озвучив ключове запитання: як можемо ми використати такий досвід? Ніхто не зміг дати відповіді. Тож для того, аби дізнатися все можливе про серця китів та інших ссавців, він розпочав інтенсивну дослідницьку роботу. Бажаючи записати та відобразити кардіограму серцебиття кита, він створив реєстратор ЕКГ, який прикладався до тіла тварини і передавав дані про роботу серця через супутник в науково- дослідний центр м. Боготи, Венесуела. Нам важко уявити труднощі проектування і розробки такого апарата та налаштування передачі електронних даних, але справжнім дивом було те, як прикладався цей прилад до кита. Рейнольдс робив це власноруч, працюючи на відкритому човні в океанічних водах. Це була наука на межі фантастики!

Більше п’яти десятиліть Рейнольдс присвятив дослідженням серця, не обмежуючись лише організмом кита. Він записав показники ЕКГ понад 200 тварин: таких маленьких, як муха, чи невловимих, як рожевий дельфін у басейні Амазонки, чи навіть такої цікавої тварини, як ігуана, що водиться на Галапагоських островах. Сьогодні Рейнольдс і його команда за допомогою системи фільтрації звуку, яка зазвичай використовувалася у військових цілях для прослуховування під водою, зібрали понад 10 тисяч ЕКГ китів. Такий спосіб значно полегшив подальші дослідження й позбавив необхідності фізично прикріпляти обладнання до китів. Врешті-решт команда зібрала стільки даних, що Рейнольдс зумів точно зобразити схему функціонування серця китів. Інші дані було виявлено під час медичного розтину китів, що викинулися на берег. Вчені припустили, що у китів є канали з клітин, спеціально призначені для проведення електричного струму всередині і навколо серця. Цей струм повинен координувати свої потоки і коригувати шлях свого проходження, оминаючи пошкоджені тканини.

Допитливість та відданість своїй справі вивела дослідження Рейнольдса далеко за межі спостереження за серцебиттям. Щоб зрозуміти на молекулярному рівні, як з калію, натрію і кальцію утворюється електричний струм без металів чи батарей, він вивчив весь генезис і трансформації серця кита, починаючи з появи ембріона і до моменту нового запліднення. Результати свого дослідження він відобразив на тривимірному віртуальному серці. Використовуючи розробки у галузі програмного забезпечення, Рейнольдс наочно продемонстрував вченим і кардіологам доступ до відкритого вихідного коду.

Дотепер кардіостимулятор, який допомагає подовжити життя мільйонам людей, чи не єдиний пристрій, що працює від батарейок, під’єднаних до серця, і здатний замінити природне генерування електричних імпульсів.

Однак велика кількість суттєвих недоліків винаходу стали каменем спотикання у роботі цих пристроїв. Це підштовхнуло Рейнольдса не зупинятись на досягнутому. Надихаючись експериментами з китами, він вирішив відтворити трубки завтовшки з клітину для поліпшення розподілу струму по всьому серцю. Так виникла ідея замінити винайдені ним прилади на трубку з вуглецю нанорозмірів з такою ж потужністю, як і кардіостимулятор. І замість того, щоб відтворювати природні функції серця, крихітні вуглецеві котушки просто змогли б проводити струм від здорової тканини до пошкодженої. Це була революційна думка: винайти прилад на основі сучасних енергогенеруючих потужностей, покращивши їхню провідність.

Інша революційна концепція базувалася на розумінні процесів, за яких кит та всі інші тварини, включаючи навіть муху, генерують та проводять струм без жодних батарей. Тварини, які населяють нашу планету, навчилися генерувати необхідну електроенергію, використовуючи досить екстенсивну колекцію джерел енергії: гравітацію, перепад температур, різницю рівня pH, кінетичну енергію від скорочення м’язів, п’єзоелектричну енергію від руху серця і крові, енергію, отриману від С02, і біометалів, що містяться в тілах. Дослідження Рейнольдса ще раз довели, що всі ці винаходи працюють у різних видів тварин вже протягом мільйонів років.

Відтак він розробив ряд нових медичних приладів, які працюють, як і все в природі, без використання провідників, кабелів або батарей. Він зосередив увагу на тому, як кити генерують безперервний потік електричних імпульсів при незначному харчуванні і координують хімічні реакції внаслідок поєднань калію, натрію і кальцію. Медичні прилади та системи моніторингу організму, які виробляє створена ним компанія “СогоСаге” покладаються лише на джерела енергії, що існують всередині та навколо тіла.

Першим з таких приладів Рейнольдса став нанокардіостимулятор, пристрій розміром всього 700 нанометрів (700 мільйонних часток міліметра) завдовжки, який контролюється найновітнішими мікропроцесорами. На його створення Рейнольдса надихнули канали провідності в організмах китів. Нанокардіостимулятор довів свою життєздатність у лабораторних умовах. Однак для виробників харчових продуктів і медикаментів успіх роботи приладу на китах виявився непереконливим. Вартість розробки цього прототипу як медичного пристрою, затвердженого Адміністрацією з харчових та лікарських препаратів, коштує від ста до п’ятисот мільйонів доларів. Хоча Рейнольдс має певний стартовий капітал, зараз він виділяє кошти із запланованого обсягу продажів наступних винаходів на фінансування необхідних клінічних випробувань.

Легко зрозуміти, чому лідери ринку з продажу кардіостимуляторів, такі як “Medtronic”, “Johnson & Johnson” та “Boston Scientific”, впевнено захопивши ринок на десятки років вперед, протистоять інноваціям. Вони отримують роялті з кожної операції на ринку фармацевтичної промисловості, яка постачатиме пацієнтам ліки решту їхнього життя. Використавши такі інновації, провідний виробник кардіостимуляторів втрачав би гарантований прибуток принаймні у 50 000 доларів на кожному пацієнті з діагнозом «серцева аритмія, що піддається лікуванню», і ще близько 50 000 доларів на поставках ліків протягом життя. За допомогою винаходу Рейнольдса витрати хворих зменшилися б до ціни 500 доларів за процедуру. Розміщення дроту нанорозмірів здійснюється за допомогою катетера і не потребує загального наркозу. Таким чином, вартість медичного обслуговування клієнтів для страхових компаній впаде до рівня 2 000 доларів, адже люди, ймовірно, не матимуть потреби у тривалому лікуванні. Страховим компаніям необхідно серйозно поставитися до цієї інновації.

Посилання на основну публікацію