연구자들, 조류와 빛, 물로 마이크로프로세서 구동

剑桥大学의 연구자들은 마이크로프로세싱 분야에서 놀라운 업적을 달성했습니다. 연구팀은 광범위하게 분포하는 조류 종을 사용하여 마이크로프로세서를 1년 동안 지속적으로 구동했으며, 이는 단지 주변 빛과 물만으로 이루어졌습니다. 새로운 시스템은 작은 장치를 구동하는 신뢰할 수 있는 재생 가능 방법이 될 수 있습니다.

이 연구는 에너지 및 환경 과학 저널에 발표되었습니다.

조류로 작은 시스템 구동

시스템은 AA 배터리 크기와 비슷하며, 독성이 없는 조류인 Synechocystis로 구성되어 있습니다. 이 조류는 자연적으로 광합성을 통해 태양에서 에너지를 수확하며, 이는 미세한 전기적 전류를 생성하여 알루미늄 전극과 상호작용합니다. 이것이 조류가 마이크로프로세서를 구동할 수 있는 이유입니다.

시스템은 비용이 저렴하고 대부분 재활용 가능한 재료로 구성되어 있습니다. 이는 수백만 개의 시스템을 복제하여 인터넷 사물(Internet of Things, IoT) 내의 많은 작은 장치를 구동할 수 있습니다. 연구팀에 따르면, 이 시스템은 오프그리드 상황이나 원격 지역에서 사용할 수 있으며, 작은 전력량을 활용할 수 있습니다.

剑桥大学 생화학부의 크리스토퍼 하우 교수는 이 논문의 선임 저자입니다.

“인터넷 사물이 점점 더 많은 전력을 필요로 하고 있으며, 우리는 이러한 에너지가 배터리처럼 저장되는 것이 아니라, 시스템이 에너지를 생성하는 방식으로 제공되어야 한다고 생각합니다.”라고 하우 교수는 말했습니다. “우리의 광합성 장치는 배터리처럼 소모되지 않습니다. 왜냐하면 그것은 지속적으로 빛을 에너지源으로 사용하기 때문입니다.”

시스템 구축 및 테스트

연구팀은 이 장치를 사용하여 IoT 장치에서 자주 사용되는 마이크로프로세서인 Arm Cortex M0+를 구동했습니다. 국내 환경과 반외부 조건에서 자연광과 관련된 온도 변동으로 운영되며, 연구자들은 6개월 동안 지속적인 전력 생성 후에 견고한 결과를 얻을 수 있었습니다.

剑桥大学 생화학부의 파올로 보ンベ리 박사는 이 논문의 제1저자입니다.

“우리는 시스템이 긴 시간 동안 일관되게 작동하는 것에 놀랐습니다. 우리는 몇 주 후에 시스템이 중단될 것으로 생각했지만, 시스템은 계속 작동했습니다.”라고 보ンベ리 박사는 말했습니다.

시스템에서 사용되는 특정 조류는 광합성을 통해 스스로 음식을 생성하기 때문에, 먹이를 주지 않아도 됩니다. 조류는 빛이 필요하지만, 장치는 어둠의 기간 동안에도 전력을 생성할 수 있습니다. 연구팀에 따르면, 이는 조류가 일부 음식을 빛이 없는 조건에서 처리하기 때문에, 전기적 전류를 계속 생성할 수 있기 때문입니다.

리튬 이온 배터리를 사용하여 IoT 장치 수조개를 구동하는 것은 매우 비실용적이며, 전통적인 광전지 장치는 환경에 해로운 물질로 제작되기 때문에, 새로운 개발은 이 분야에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

이 연구는 대학과 마이크로프로세서 설계를 선도하는 회사인 Arm 간의 협력입니다. Arm Research는 Arm Cortex M0+ 테스트 칩 개발, 보드 구축, 및 실험의 데이터 수집 클라우드 인터페이스 설정을 담당했습니다.