Изменить: похоже, я ошибся с характером этого вопроса. Я случайно перепутал это с другой своей идеей об искусственных жабрах для людей. Теперь предположим, что этот вопрос направлен на то, чтобы люди разрабатывали свой аналог для своих нужд во время дайвинга. Невероятно жаль тех, кто уже ответил.
Я решил попробовать искусственные жабры для людей. И я уже прошел через некоторые ответы здесь; поднимая такие вещи, как:
В то время как некоторые не одобряли большие внешние жабры, я подумал, может ли помочь электролиз.
Согласно ответу на вопрос « Как бы мерфолки утеплили подводный дом?» , электролиз может быть использован для расщепления водорода и кислорода в воде, чтобы реоксигенировать ее в целом. Возможными дополнительными преимуществами могут быть:
Я решил поместить их в большие «крылья» на спине, имитируя голожаберных моллюсков, как это было предложено в ответе на Анатомически разумная дыхательная система для мерфолков человеческого происхождения .
А судя по всему соленая вода хороший проводник? По крайней мере, по мнению других здесь. Так что, если это означает, что он может легко выйти из-под контроля, возможно, необходимо низкое напряжение, чтобы не совершать массовые казни форм жизни, включая себя.
Редактировать: я забыл упомянуть, что жабры не являются частью тела, а представляют собой механизм вместо обычного водолазного баллона. Когда он не погружен в воду, жабры втягиваются в пакет. Трубка соединяет рюкзак с водолазным шлемом. Здесь, возможно, придется прибегнуть к научной фантастике. Я хотел, чтобы шлем был чем-то вроде биологической полупроницаемой мембраны. В воде кислород притягивается и поглощается, в то время как другие вредные вещества удаляются. «Жабры» работают аналогичным образом. Чтобы предотвратить отравление кислородом, я подумал, что они могут быть основаны на газе-наполнителе, таком как азот, для имитации собственного воздуха, чтобы помочь предотвратить перегрузку кислородом. Я помню, как учился этому и нашел эту статью https://www.sea-people.com/new-blog/2020/3/28/artificial-gills.. Но я не уверен, что на это повлияет электролиз, не говоря уже о давлении воды.
В какой-то момент я приложу рисунок, чтобы лучше проиллюстрировать свой дизайн (без каламбура).
Вы не первый, кто подумал об этом... Питер Уоттс использует этот вид источника кислорода в своих подводных произведениях, включая « Морскую звезду» ( полный рассказ доступен на его веб-сайте бесплатно ) и в коротком отрывке рассказа .
У рифтеров в Starfish легкие были заменены системой, которая сама осуществляет соответствующий газообмен, устраняя все проблемы растворения вредных веществ в телесных жидкостях и из них под экстремальным давлением, а последний имеет более простую систему, которая производит дыхательный газ, который вдыхается немодифицированным человеком.
Я не могу сказать, какая именно система вас интересует, хотя обратите внимание, что первая более инвазивна и требует системы прямого газообмена с прокачкой через нее крови (немного похожей на ЭКМО, возможно, в сочетании с жидкостным дыханием, избегая любого высокоинтенсивного дыхания ) . ступени подачи газа под давлением) для подачи кислорода и выхода CO 2 . Последняя система использует для этой цели легкие водолаза (фактически гидрокс- дайвинг). Это, очевидно, проще и неинвазивнее, но не решает проблемы газового наркоза или изгибов . Я не буду вдаваться в подробности здесь, но, очевидно, есть детали, о которых вам нужно позаботиться.
Однако давайте рассмотрим ваши дизайнерские идеи:
Я решил поместить их в большие «крылья» на спине.
Профессиональный спортсмен-аэробист может дышать со скоростью 150 литров воздуха в минуту на уровне моря во время тяжелой работы, и это кажется нормальным уровнем «максимальной производительности». Потребляется около 5% объема каждого легкого, что дает пиковый поток O2 всего в восьмую часть литра в секунду.
Плотность кислорода при СТП составляет около 0,04013 моль/дм 3 (чуть меньше эквивалента идеального газа ), поэтому мы видим, что нашему спортсмену требуется ~5 ммоль кислорода в секунду.
На молекулу воды приходится один атом кислорода. Таким образом, нам нужно 10 ммоль воды на общие 5 ммоль O2. Молекулярная масса воды составляет 18,01528 г/моль, поэтому вы можете получить все необходимые кислородные потребности из 0,18 г чистой воды в секунду... эквивалентный расход всего 10 мл в минуту! (и если вы заинтересованы в проверке моих результатов, этот ответ chemistry.SE поможет)
Очевидно, что скорость потока в реальном устройстве, вероятно, будет выше, потому что вы не хотите, чтобы ваша электролизная ячейка полностью высохла. Это позволяет избежать засорения растворенными веществами, такими как соль или карбонаты кальция, и предотвращает перегрев выделяющегося газа.
Вы можете видеть, что вы можете подавать всю воду, необходимую для электролиза жабр, с помощью крошечного насоса с крошечным входным отверстием (или несколькими отверстиями, чтобы снизить риск засорения). Точно так же небольшое вентиляционное отверстие (или ряд отверстий) потребуется для выпуска любого избыточного газа, который будет составлять 10 ммоль/с H2, если вы непосредственно оксигенируете кровь дайвера.
Отдыхающему человеку требуется около 5-8 л/м воздуха, что значительно меньше, чем спортсмену, и поэтому тому, кто плавает или мягко гребет, потребуется на порядок меньше воды.
Примечание: если вы производите газ для вдыхания , вам нужно будет разделить больше воды, чтобы получить достаточное количество водорода для разбавления кислорода, потому что вдыхание кислорода с высоким парциальным давлением приводит к острой кислородной токсичности , которая может быть фатальной. Это означает, что вместо избытка водорода вы будете генерировать избыток кислорода, который придется выбрасывать в море. Помните, что хотя гидроксид потенциально опасен при нормальных обстоятельствах, вы не производите и не храните большое количество материала, а то, что вы производите, либо потребляется немедленно, либо выбрасывается наружу. Он должен позволять безопасно погружаться на глубину более 200 м без риска наркоза. по-прежнему потребуется тщательная декомпрессия, но ее можно сделать безопаснее и проще, чем helioxдайвинг.
Нет необходимости в огромных площадях для извлечения воды электролизом .
А судя по всему соленая вода хороший проводник?
Это так, но мы установили, что ваш электролизер может быть довольно маленьким и, следовательно, хорошо защищенным. При необходимости он может работать в импульсном режиме, когда электролизуемая вода электрически изолируется снаружи клапанами, а при выбросе отработанного водорода вода может засасываться для пополнения камеры. Электроцепирующие виды, такие как акулы, могут заметить, что ваше устройство работает, но я не могу сказать, сочтут ли они это интересным или неприятным.
Требования к питанию - немного большая проблема. Для расщепления воды требуется 237,24 кДж/моль , поэтому для расщепления требуемой скорости 10 ммоль воды в секунду вам понадобится источник питания ~ 2380 Вт, что при необходимых 1,23 В соответствует току почти 2 кА. Это эквивалентно мощности, необходимой для сварки. Вам понадобится приличный топливный элемент или аккумулятор для подачи воздуха!
Конечно, обычному человеку может потребоваться всего лишь десятая часть скорости потока профессионального спортсмена, для чего потребуется разумный источник питания мощностью 238 Вт , больше похожий на электрический велосипед, который, очевидно, достижим с современными аккумуляторными технологиями, не будучи слишком громоздким или дорогим. Даже спортсмен не может поддерживать спринтерский уровень усилий в течение длительного времени по сравнению с вероятной продолжительностью прыжка в воду.
В любом случае, будущие топливные элементы должны дать вам довольно хорошую плотность энергии, а будущие достижения в области искусственного фотосинтеза должны обеспечить топливо, которое можно удобно производить в море на поверхности.
Несомненно, потребуется некоторая дальнейшая химическая смекалка. Например, при электролизе соленой воды может выделяться газообразный хлор, которым вы, вероятно, не захотите дышать, а ионы хлора могут повредить электролизное оборудование. В этой области уже проводятся некоторые исследования , хотя стоит учитывать, что некоторые виды повреждения (или саботажа!) ваших электролитических легких в морской воде все еще могут вызывать выделение хлора.
Пелинор
ПКман
ДКНгуйен
Дэн Брайант
МолбОрг
Громовой молот