חוקרים מפעילים מיקרו-מעבד עם אצות, אור ומים

חוקרים באוניברסיטת קיימברידג’ השיגו הישג מרשים בתחום המיקרו-עיבוד. הצוות השתמש במין נפוץ של אצות כדי להפעיל מיקרו-מעבד ברציפות למשך שנה, והם עשו זאת עם אור סביבתי ומים בלבד. המערכת החדשה יכולה להיות שיטוד אמין וניתן לחידוש להפעלת התקנים קטנים. 

המחקר פורסם בכתב העת Energy & Environmental Science. 

הפעלת מערכת קטנה עם אצות

המערכת דומה בגודל לסוללת AA, והיא מורכבת מסוג של אצות לא רעילות הידועות בשם Synechocystis. אצות זו קוטפת אנרגיה מהשמש דרך תהליך הפוטוסינתזה, שיוצר זרם חשמלי קטן שיכול להשתתף עם אלקטרודת אלומיניום. זהו מה שמאפשר לאצות להפעיל מיקרו-מעבד. 

המערכת בנויה מחומרים זולים ורובם ניתנים למחזור, מה שאומר שניתן לשכפל אותה מאות אלפי פעמים ולהפעיל הרבה התקנים קטנים בתוך ה-Internet of Things (IoT). על פי הצוות, מערכת זו יכולה לשמש במצבים מחוץ לרשת או במיקומים מרוחקים, תוך ניצול כמויות קטנות של אנרגיה. 

פרופסור כריסטופר האוו ממחלקת הביוכימיה של אוניברסיטת קיימברידג’ הוא המחבר הראשי של המאמר. 

“ה-Internet of Things הגדל זקוק לכמות הולכת וגדלה של אנרגיה, ואנחנו חושבים שזה יהיה צריך לבוא ממערכות שיכולות לייצר אנרגיה, ולא רק לאחסן אותה כמו סוללות,” אמר פרופסור האוו. “התקן הפוטוסינתטי שלנו לא רץ לאיטו כמו סוללה, מכיוון שהוא משתמש באור כמקור האנרגיה.” 

בניית ובדיקת המערכת

הניסוי שבוצע על ידי הצוות השתמש בהתקן כדי להפעיל Arm Cortex M0+, מיקרו-מעבד המשמש לרוב בהתקני IoT. בפעולה בסביבה ביתית ובתנאים חצי-חוץ, תחת אור טבעי ושינויים בטמפרטורה, החוקרים הצליחו להגיע לתוצאות מוצקות אחרי שישה חודשים של ייצור אנרגיה רציף. 

ד”ר פאולו בומבלי ממחלקת הביוכימיה של אוניברסיטת קיימברידג’ הוא המחבר הראשי של המאמר. 

“היינו מרושמים מאוד מהאופן העקבי שבו המערכת פעלה לאורך זמן – חשבנו שהיא עלולה להפסיק אחרי מספר שבועות, אבל היא פשוט המשיכה לפעול,” אמר ד”ר בומבלי. 

סוג האצות המשמש למערכת זו אינו זקוק להאכלה, מכיוון שהוא יוצר את מזונו בפוטוסינתזה. אף על פי שפוטוסינתזה דורשת אור, ההתקן מסוגל לייצר אנרגיה בתקופות חושך. על פי הצוות, זה עשוי להיות מכיוון שהאצות עובדות חלק ממזונן בתנאים ללא אור, מה שעוזר להן להמשיך לייצר זרם חשמלי. 

מכיוון שהפעלת טריליוני התקני IoT באמצעות סוללות ליתיום-יון היא בלתי מעשית, והתקנים הפוטו-וולטאיים המסורתיים מיוצרים באמצעות חומרים מסוכנים שפוגעים בסביבה, הפיתוח החדש יכול להיות בעל משמעות גדולה לתחום. 

המחקר היה שיתוף פעולה בין האוניברסיטה ל- Arm, שהיא חברה מובילה בתכנון מיקרו-מעבדים. Arm Research היה אחראי לפיתוח שבב הבדיקה Arm Cortex M0+, בניית הלוח והקמת ממשק האינטרנט לאיסוף נתונים בניסויים.