20世纪80年代，美国北卡罗来纳州杜克大学的科学家夫妇约瑟夫和西莉亚?伯纳文图拉发现，鱼之所以能在水中呼吸，是在对pH值敏感的血红蛋白——运送氧气的血液蛋白质的帮助下做到的。当鱼鳔周围的细胞向血液中释放乳酸时，血液pH值的下降导致氧气释放进入鱼鳔，以确保提供鱼在潜入更深的水中时呼吸所需的氧气。这对夫妇意识到，可以通过模仿鱼的这个提取空气的过程创造出人工腮，实现多种用途。他们模仿鱼的血红蛋白，考虑利用可以与氧气牢固结合的合成化学物质也就是人造血红蛋白，当这种合成化学物质通过一个电极时可以释放氧气。伯纳文图拉夫妇为潜水者设计的腮由两个循环组成。在第一个循环中，人造血红蛋白从水中提取氧气。在这个循环的下一阶段，携带氧气的人造血红蛋白流过一个电极并释放出氧气，释出的氧气进入运送可呼吸空气的第二个循环。

    随着潜水者下潜，更高的压力一方面压缩可呼吸的气体，另一方面使得更多的气体溶入水中。由于氮气占空气的比例大约为80%，所以大部分损失的是氮气。为了防止肺无法适应，腮不得不向可呼吸的气体中泵入更多的氧气。氧气的比例因此而得到增加，这会导致一个问题：在9米深的水下，纯氧会变得有毒。这个问题很难避免，双循环的腮可减少氮气的损失却不能解决这个问题。即使能完全阻止通过人工腮损失氮，潜水者仍会通过他们的皮肤损失氮。

    因此，在潜入较深的水下时，如果想从水中获得所需的氧气，潜水者将不得不携带氮气以避免纯氧所造成的伤害。

    以色列发明家阿隆·博德纳开发出一种新技术，与涉及膜的人工腮无关，他准备利用一种工业过程分离液体中的空气。这一方法的基础是：如果降低液体的压力，例如利用离心泵，溶解在水中的气体将会变成气泡溢出。博德纳说，他的电池驱动设备几乎能够将溶解在水中的气体全部提取出来。如果是海水，它提取出的气体中将包含34%的氧气。重要的是，由于博纳德的设备可以从水中同时提取氮气和氧气，氮气损失将不再是困扰科学家的难题。

    目前，科学家正就上述问题研究破解困局的办法，在新原理和新技术层出不穷的今天，形形色色的人工腮都在科学家的构思之中，人在水下像鱼那样正常呼吸，应当不是过于遥远的前景。