Ερευνητές τροφοδοτούν μικροεπεξεργαστή με φύκια, φως και νερό

Οι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ έχουν επιτύχει ένα εντυπωσιακό επίτευγμα στον τομέα της μικροεπεξεργασίας. Η ομάδα χρησιμοποίησε ένα ευρέως διαδεδομένο είδος φυκιών για να τροφοδοτήσει έναν μικροεπεξεργαστή συνεχώς για ένα χρόνο, και το έκανε με μόνο το περιβάλλον φως και νερό. Το νέο σύστημα μπορεί να είναι một αξιόπιστο και ανανεώσιμο μέσο για την τροφοδοσία μικρών συσκευών.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Energy & Environmental Science.

Τροφοδοσία Μικρού Συστήματος Με Φύκια

Το σύστημα είναι συγκρίσιμο σε μέγεθος με μια μπαταρία AA, και αποτελείται από έναν τύπο μη τοξικού φύκους γνωστό ως Synechocystis. Αυτό το φύκος συλλέγει φυσικά ενέργεια από τον ήλιο μέσω της διαδικασίας της φωτοσύνθεσης, η οποία παράγει μια μικρή ηλεκτρική ροή που αλληλεπιδρά με ένα ηλεκτρόδιο αλουμινίου. Αυτό είναι που επιτρέπει στο φύκος να τροφοδοτήσει έναν μικροεπεξεργαστή.

Το σύστημα κατασκευάζεται από φθηνά και κυρίως ανακυκλώσιμα υλικά, που σημαίνει ότι μπορεί να αναπαραχθεί εκατοντάδες χιλιάδες φορές και να τροφοδοτήσει πολλές μικρές συσκευές στο Διαδίκτυο των Πραγμάτων (IoT). Σύμφωνα με την ομάδα, αυτό το σύστημα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε απομακρυσμένες περιοχές ή εκτός ηλεκτρικού δικτύου, εκμεταλλευόμενο τις μικρές ποσότητες ενέργειας.

Ο καθηγητής Christopher Howe από το Τμήμα Βιοχημείας του Πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ είναι ο ανώτερος συγγραφέας του εγγράφου.

“Το Διαδίκτυο των Πραγμάτων χρειάζεται όλο και περισσότερη ενέργεια, και πιστεύουμε ότι αυτό θα πρέπει να προέρχεται από συστήματα που μπορούν να παράγουν ενέργεια, αντί να την αποθηκεύουν όπως οι μπαταρίες,” είπε ο καθηγητής Howe. “Η φωτοσυνθετική συσκευή μας δεν εξαντλείται όπως μια μπαταρία γιατί χρησιμοποιεί συνεχώς το φως ως πηγή ενέργειας.”

Κατασκευή και Δοκιμή του Συστήματος

Η πειραματική δοκιμή που διεξήχθη από την ομάδα χρησιμοποίησε τη συσκευή για να τροφοδοτήσει έναν Arm Cortex M0+, έναν μικροεπεξεργαστή που χρησιμοποιείται συχνά σε συσκευές IoT. Λειτουργώντας σε οικιακό περιβάλλον και ημι-εξωτερικές συνθήκες υπό φυσικό φως και θερμοκρασιακές διακυμάνσεις, οι ερευνητές ήταν σε θέση να λάβουν σταθερά αποτελέσματα μετά από έξι μήνες συνεχούς παραγωγής ενέργειας.

Ο Δρ. Paolo Bombelli από το Τμήμα Βιοχημείας του Πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ είναι ο πρώτος συγγραφέας του εγγράφου.

“Ηταν εντυπωσιακό πώς συνεχώς λειτουργούσε το σύστημα για μεγάλο χρονικό διάστημα — σκεφτήκαμε ότι μπορεί να σταματήσει μετά από λίγες εβδομάδες αλλά συνέχισε να λειτουργεί,” είπε ο Δρ. Bombelli.

Ο συγκεκριμένος τύπος φυκιών που χρησιμοποιήθηκε για το σύστημα δεν χρειάζεται εξωτερική παροχή τροφής, καθώς δημιουργεί τη δική του τροφή μέσω της φωτοσύνθεσης. Ακόμη και αν η φωτοσύνθεση απαιτεί φως, η συσκευή είναι σε θέση να παράγει ενέργεια κατά τη διάρκεια περιόδων σκότους. Σύμφωνα με την ομάδα, αυτό μπορεί να οφείλεται στο γεγονός ότι το φύκος επεξεργάζεται κάποιο από το φαγητό του σε συνθήκες χωρίς φως, το οποίο βοηθά να συνεχίσει να παράγει ηλεκτρική ροή.

Επειδή η ενεργοποίηση τρισεκατομμυρίων συσκευών IoT με μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι εξαιρετικά απρακτική, και οι παραδοσιακές φωτοβολταϊκές συσκευές κατασκευάζονται με επικίνδυνα υλικά που βλάπτουν το περιβάλλον, η νέα ανάπτυξη μπορεί να έχει μεγάλες επιπτώσεις στο πεδίο.

Η έρευνα ήταν μια συνεργασία μεταξύ του πανεπιστημίου και της Arm, η οποία είναι μια ηγετική εταιρεία στον σχεδιασμό μικροεπεξεργαστών. Η Arm Research ήταν υπεύθυνη για την ανάπτυξη του Arm Cortex M0+ δοκιμαστικού chip, την κατασκευή της πλακέτας και τη ρύθμιση της διεπαφής συλλογής δεδομένων στο σύννεφο στις πειραματικές δοκιμές.