Всем знаком пьезоэлектрический эффект — создание электрического поля под действием механического напряжения. Например, при нажатии кнопки в пьезозажигалке образуется искра. Казалось бы, пьезоэлементы можно внедрять повсеместно для сбора механической энергии — в каблуки ботинок, клавиатуру, напольные покрытия, дверные коробки и так далее — ведь это практически вечный источник "бесплатной" энергии. Но в реальности подходящие пьезоэлектрики дороги и токсичны для повсеместного использования. Группа ученых из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли нашла решение этой проблемы — они сконструировали вирус, который справляется с задачей гораздо лучше, чем неорганические пьезоэлектрики, и при этом безопасен.
Работа началась на базе последних научных открытий, которые обнаружили пьезоэлектрические свойства у разных органических соединений с упорядоченной клеточной структурой. Например, слабыми пьезоэлектриками оказались кости и коллагены из хрящей и сухожилий. Соответственно, логично было соорудить конструкцию из протеинов, которая в теории должна проявлять пьезоэлектрические свойства. В итоге был создан генетически модифицированный вариант известного вируса M13.
Он совершенно безвреден для человека в отличие от некоторых неорганических пьезоэлектриков и уже давно используется в различных экспериментах. У вируса есть еще ряд ключевых преимуществ перед неорганикой — колония M13 способна самостоятельно организовываться в тонкую пленку, которая при этом демонстрирует высокую силу пьезоэлектрического эффекта. Ученые доказали, что электрические свойства можно программировать, генетически видоизменяя форму оболочки вируса.
Для демонстрации возможностей M13 ученые сконструировали пьезоэлектрический генератор из двадцати слоев пленки. При нажатии кнопок он генерирует ток силой 6 нА и напряжение 400 мВ. Этого хватает, к примеру, для питания ЖК-дисплея.
