باحثون يقومون بتشغيل المعالج الدقيق بالطحالب والضوء والماء

حققت مجموعة من الباحثين في جامعة كامبريدج إنجازًا مثيرًا للإعجاب في مجال المعالجة الدقيقة. استخدم الفريق نوعًا من الطحالب المنتشرة على نطاق واسع لتشغيل معالج دقيق بشكل مستمر لمدة عام، وفعلوا ذلك مع ضوء محيطي وماء فقط. يمكن أن يكون النظام الجديد طريقة موثوقة وقابلة للتجديد لتشغيل الأجهزة الصغيرة.

نشرت الأبحاث في مجلة علم الطاقة والبيئة.

تشغيل نظام صغير بالطحالب

يتميز النظام بمقاس مماثل لمقاس بطارية AA، ويتكون من نوع من الطحالب غير السامة المعروفة باسم Synechocystis. تجمع هذه الطحالب الطاقة من الشمس بشكل طبيعي من خلال عملية التمثيل الضوئي، مما يولد تيارًا كهربيًا صغيرًا يتفاعل مع قطب ألمنيوم، وهذا ما يمكّن الطحالب من تشغيل معالج دقيق.

يتكون النظام من مواد رخيصة ومعظمها قابلة لإعادة التدوير، مما يعني أنه يمكن تكراره مئات الآلاف من المرات ويمكنه تشغيل العديد من الأجهزة الصغيرة داخل إنترنت الأشياء (IoT). وفقًا للفريق، يمكن استخدام هذا النظام في الحالات غير المتصلة بالشبكة أو في المناطق النائية، مستفيدًا من كميات صغيرة من الطاقة.

أستاذ كريستوفر هاو من قسم الكيمياء الحيوية بجامعة كامبريدج هو كاتب مساعد في الورقة.

“يحتاج إنترنت الأشياء المتزايد إلى كمية متزايدة من الطاقة، ونعتقد أن هذا سيتطلب أنظمة يمكنها توليد الطاقة، بدلاً من تخزينها مثل البطاريات،” قال أستاذ هاو. “جهازنا الضوئي لا يتعب مثل البطارية لأنه يستخدم الضوء باستمرار ك مصدر للطاقة”.

بناء وتجريب النظام

استخدمت التجربة التي أجراها الفريق الجهاز لتشغيل معالج Arm Cortex M0+، وهو معالج دقيق يستخدم بشكل شائع في أجهزة إنترنت الأشياء. في بيئة منزلية و ظروف نصف خارجية تحت الضوء الطبيعي و التقلبات في درجة الحرارة المرتبطة بها، تمكن الباحثون من الحصول على نتائج صلبة بعد ستة أشهر من إنتاج الطاقة المستمر.

الدكتور باولو بومبيلي من قسم الكيمياء الحيوية بجامعة كامبريدج هو كاتب أول للورقة.

“كنا مستائين من كيفية عمل النظام بشكل مستمر لفترة طويلة – كنا نظن أنه قد يتوقف بعد بضعة أسابيع لكنه استمر في العمل،” قال الدكتور بومبيلي.

النوع المحدد من الطحالب المستخدم في النظام لا يتطلب تغذية لأنها تنتج طعامها الخاص في التمثيل الضوئي. على الرغم من أن التمثيل الضوئي يتطلب ضوءًا، إلا أن الجهاز قادر على إنتاج طاقة خلال فترات الظلام. وفقًا للفريق، قد يكون هذا لأن الطحالب تعالج بعض طعامها في ظروف عدم الضوء، مما يساعدها على الاستمرار في توليد تيار كهربائي.

نظرًا لأن تشغيل تريليونات من أجهزة إنترنت الأشياء بالبطاريات الليثيوم أيونية أمر غير عملي للغاية، والأجهزة الشمسية التقليدية مصنوعة باستخدام مواد خطرة تضر بالبيئة، يمكن أن يكون التطور الجديد له آثار كبيرة في هذا المجال.

كانت الأبحاث عبارة عن تعاون بين الجامعة وشركة Arm، وهي شركة رائدة في تصميم المعالجات الدقيقة. كانت Arm Research مسؤولة عن تطوير شريحة اختبار Arm Cortex M0+، وبناء اللوحة، وضبط واجهة تجميع البيانات السحابية في التجارب.