Tutkijat käyttävät leviä ja valoa mikroprosessorin voimanlähteenä

Cambridgen yliopiston tutkijat ovat saavuttaneet vaikuttavan saavutuksen mikroprosessoriteknologian alalla. Tutkijaryhmä käytti yleistä leviä lajia voimanlähteenä mikroprosessorille jatkuvasti yhden vuoden ajan, ja he tekivät sen ainoastaan ambientin valon ja veden avulla. Uusi järjestelmä voisi olla luotettava ja uusiutuva tapa pienlaiteiden voimanlähteenä.

Tutkimus julkaistiin Energy & Environmental Science -julkaisussa.

Pienjärjestelmän voimanlähteeksi leviä

Järjestelmä on kooltaan verrattavissa AA-paristoon, ja se koostuu myrkyttömästä leviä, jota kutsutaan Synechocystis. Tämä levi kerää luonnostaan energiaa auringosta fotosynteesin kautta, joka tuottaa pienen sähkövirran, joka vuorovaikuttaa alumiinielementin kanssa. Tämä mahdollistaa leviän voimanlähteenä mikroprosessorille.

Järjestelmä on rakennettu edullisista ja pääosin kierrätettävistä materiaaleista, mikä tarkoittaa, että sitä voidaan replikoida satoja tuhansia kertoja ja voimanlähteenä monille pienlaitteille Internet of Things (IoT) -järjestelmissä. Tutkijaryhmän mukaan tätä järjestelmää voidaan käyttää verkkoyhteyttömmissä tilanteissa tai kaukaisilla alueilla, hyödyntäen pieniä määriä voimaa.

Cambridgen yliopiston biokemian laitoksen professori Christopher Howe on tutkimuksen seniorkirjoittaja.

“Kasvava Internet of Things tarvitsee yhä enemmän voimaa, ja me uskomme, että tämä tulee tulevaisuudessa energian tuottavista järjestelmistä, eikä ainoastaan varastoidusta energiasta kuten paristojen avulla”, professori Howe sanoi. “Fotosynteettinen laitteeni ei lopu samalla tavalla kuin paristo, koska se käyttää jatkuvasti valoa energianlähteenä.”

Järjestelmän rakentaminen ja testaus

Tutkijaryhmän suorittama koe käytti laitetta voimanlähteenä Arm Cortex M0+:lle, jota usein käytetään IoT-laitteissa. Toimien kotiympäristössä ja puoliuskoisissa olosuhteissa luonnonvalon ja lämpötilan vaihteluiden alaisena, tutkijat pystyivät saamaan vakuuttavat tulokset kuuden kuukauden jatkuvan voiman tuotannon jälkeen.

Cambridgen yliopiston biokemian laitoksen tutkija Paolo Bombelli on tutkimuksen ensisijainen kirjoittaja.

“Olimme vaikuttuneita siitä, kuinka johdonmukaisesti järjestelmä toimi pitkän ajan, me ajattelimme, että se loppuisi muutaman viikon kuluttua, mutta se vain jatkoi toimintaa”, Bombelli sanoi.

Levälaji, jota käytetään järjestelmässä, ei vaadi ruokkimista, koska se tuottaa oman ravinnon fotosynteesin kautta. Vaikka fotosynteesi vaatii valoa, laite pystyy tuottamaan voimaa pimeän aikana. Tutkijaryhmän mukaan tämä johtunee siitä, että levi prosessoi osan ravintoa valottomissa olosuhteissa, mikä auttaa sitä jatkamaan sähkövirran tuottamista.

Koska triljoonien IoT-laiteiden voimanlähteenä käyttäminen litium-ioni-paristoja on erittäin epäkäytännöllistä, ja perinteiset fotovoltaattiset laitteet valmistetaan haitallisia materiaaleja, jotka vahingoittavat ympäristöä, uusi kehitys voi olla merkittävä kehitys alalla.

Tutkimus oli yhteistyöhön perustuva hanke yliopiston ja Arm:n välillä, joka on johtava yritys mikroprosessorien suunnittelussa. Arm Research vastasi Arm Cortex M0+ -testipiirin kehittämisestä, lautan rakentamisesta ja datakeräyspilven käyttöliittymän asettamisesta kokeissa.