Forskere driver mikroprocessor med algae, lys og vand

Forskere ved University of Cambridge har opnået en imponerende bedrift inden for mikroprocessering. Holdet brugte en udbredt art af algae til at drive en mikroprocessor kontinuerligt i et år, og de gjorde det med kun omgivelseslys og vand. Det nye system kan være en pålidelig og vedvarende metode til at drive små enheder.

Forskningen blev offentliggjort i tidsskriftet Energy & Environmental Science. 

At drive små systemer med algae

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

Systemet er konstrueret af billige og primært genbrugelige materialer, hvilket betyder, at det kan replikeres hundredtusinder af gange og drive mange små enheder inden for Internet of Things (IoT). Ifølge holdet kan dette system bruges i situationer uden nettilslutning eller på fjerntliggende steder, hvor man udnytter de små mængder energi.

Professor Christopher Howe fra University of Cambridges afdeling for biokemi er hovedforfatter på artiklen.

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

At konstruere og teste systemet

Eksperimentet, der blev udført af holdet, brugte enheden til at drive en Arm Cortex M0+, en mikroprocessor, der ofte bruges i IoT-enheder. Under drift i en hjemmeøkologi og semi-udendørsforhold under naturligt lys og tilhørende temperaturfluktuationer kunne forskerne komme op med solide resultater efter seks måneders kontinuerlig energiproduktion.

Dr. Paolo Bombelli fra University of Cambridges afdeling for biokemi er første forfatter på artiklen.

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

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

Da det at drive billioner af IoT-enheder med lithium-ionbatterier er højst uvirkeligt, og traditionelle fotovoltaiske enheder er lavet af farlige stoffer, der skader miljøet, kan den nye udvikling have store konsekvenser for feltet.

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