Forskere driver mikroprocessor med alger, lys og vand

Forskere fra University of Cambridge har opnået en imponerende præstation inden for mikroprocessering. Holdet brugte en udbredt art af alger til at drive en mikroprocessor kontinuerligt i et år, og de gjorde det med kun ambient lys og vand. Det nye system kunne være en pålidelig og fornybar metode til at drive små enheder.

Forskningen blev offentliggjort i tidsskriftet Energy & Environmental Science.

Driving af små systemer med alger

Systemet er sammenligneligt i størrelse med en AA-batteri, og det består af en type ikke-toxisk alger kendt som Synechocystis. Denne alger høster naturligt energi fra solen gennem processen med fotosyntese, som genererer en lille elektrisk strøm, der interagerer med en aluminium-elektrode. Dette er, hvad der giver algerne mulighed for at drive en mikroprocessor.

Systemet er konstrueret af billige og mest recyclede materialer, hvilket betyder, at det kan replikeres hundredtusinder af gange og drive mange små enheder inden for Internet of Things (IoT). Ifølge holdet kunne dette system bruges i situationer uden for nettet eller i fjernbeliggende områder, hvor små mængder af strøm kan udnyttes.

Professor Christopher Howe fra University of Cambridges Department of Biochemistry er seniorforfatter på artiklen.

“Den voksende Internet of Things har brug for en øgende mængde strøm, og vi mener, at dette vil komme fra systemer, der kan generere energi, snarere end blot lagre den som batterier,” sagde professor Howe. “Vores fotosyntetiske enhed løber ikke tør, som en batteri gør, fordi den konstant bruger lys som energikilde.”

Konstruktion og test af systemet

Eksperimentet, der blev udført af holdet, brugte enheden til at drive en Arm Cortex M0+, en mikroprocessor, der ofte bruges i IoT-enheder. I en domestic miljø og semi-udendørs betingelser under naturligt lys og tilhørende temperaturfluktuationer, kunne forskerne opnå solide resultater efter seks måneders kontinuerlig strømproduktion.

Dr. Paolo Bombelli fra University of Cambridges Department of Biochemistry er førsteautor på artiklen.

“Vi var imponerede over, hvor konsekvent systemet fungerede over en lang periode – vi troede, det måske ville stoppe efter få uger, men det fortsatte bare,” sagde Dr. Bombelli.

Den specifikke type alger, der blev brugt til systemet, kræver ikke føde, da den selv skaber sin egen føde gennem fotosyntese. Selv om fotosyntese kræver lys, kan enheden producere strøm under perioder med mørke. Ifølge holdet kan dette skyldes, at algen bearbejder nogen af sin føde under mørkeforhold, hvilket hjælper den med at fortsætte med at generere en elektrisk strøm.

Da det er højst upraktisk at drive billioner af IoT-enheder med lithium-ion-batterier, og traditionelle fotovoltaiske enheder er lavet af farlige materialer, der skader miljøet, kunne den nye udvikling have store konsekvenser for feltet.

Forskningen var et samarbejde mellem universitetet og Arm, der er en førende virksomhed inden for mikroprocessor-design. Arm Research var ansvarlig for at udvikle Arm Cortex M0+-testchippet, bygge brættet og opsætte data-samlingens cloud-grænseflade i eksperimenterne.