باحثون يقومون بتشغيل معالج دقيق باستخدام الطحالب والضوء والماء

حقق باحثون في جامعة كامبريدج إنجازًا مثيرًا للإعجاب في مجال المعالجة الدقيقة. استخدم الفريق نوعًا من الطحالب الشائعة لتشغيل معالج دقيق بشكل مستمر لمدة عام ، وفعل ذلك مع ضوء محيط و ماء فقط. يمكن أن يكون النظام الجديد طريقة موثوقة و قابلة للتجديد لتشغيل الأجهزة الصغيرة.

نشرت الأبحاث في مجلة الطاقة والعلوم البيئية.

تشغيل نظام صغير بالطحالب

يتميز النظام بمقاس مماثل لمقاس بطارية AA ، ويتكون من نوع من الطحالب غير السامة المعروفة باسم Synechocystis. تستخدم هذه الطحالب طاقة الشمس بشكل طبيعي من خلال عملية التمثيل الضوئي ، والتي تنتج تيارًا كهربائيًا صغيرًا يتفاعل مع قطب الألومنيوم. هذا ما يمكّن الطحالب من تشغيل معالج دقيق.

يتكون النظام من مواد رخيصة ويمكن إعادة تدويرها في الغالب ، مما يعني أنه يمكن تكراره مئات الآلاف من المرات و تشغيل العديد من الأجهزة الصغيرة في إنترنت الأشياء (IoT). وفقًا للفريق ، يمكن استخدام هذا النظام في الحالات غير المتصلة بشبكة الكهرباء أو في المناطق النائية ، واستغلال كميات صغيرة من الطاقة.

أستاذ كريستوفر هاو من قسم الكيمياء الحيوية بجامعة كامبريدج هو المؤلف الأقدم للورقة.

“يحتاج إنترنت الأشياء المتزايد إلى كميات متزايدة من الطاقة ، ونعتقد أن هذا سيتطلب أنظمة يمكنها توليد الطاقة ، وليس فقط تخزينها مثل البطاريات” ، قال أستاذ هاو. “جهازنا القائم على التمثيل الضوئي لا تنفد طاقته مثل البطارية لأنه يستخدم الضوء باستمرار مصدرًا للطاقة”.

بناء وتجريب النظام

استخدم الفريق في التجربة الجهاز لتشغيل معالج Arm Cortex M0+ ، وهو معالج دقيق يستخدم عادة في أجهزة إنترنت الأشياء. يعمل في بيئة منزليّة و شبه خارجية في ظروف ضوئية طبيعية و تقلبات درجات حرارة ، تمكن الباحثون من الحصول على نتائج صلبة بعد ستة أشهر من إنتاج الطاقة المستمر.

الدكتور باولو بومبيلي من قسم الكيمياء الحيوية بجامعة كامبريدج هو المؤلف الأول للورقة.

“كنا معجبين من كيفية عمل النظام بشكل مستمر لفترة طويلة — كنا نعتقد أنه سيتوقف بعد بضعة أسابيع لكنه استمر” ، قال الدكتور بومبيلي.

النوع المحدد من الطحالب المستخدم في النظام لا يتطلب تغذية لأنها تنتج طعامها بنفسها من خلال 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 باستخدام بطاريات الليثيوم-أيون ليست عملية ، والأجهزة الشمسية التقليدية مصنوعة من 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 جمع البيانات السحابية في التجارب.