Forskere driver mikroprosessor med alger, lys og vann

Forskere ved University of Cambridge har oppnådd en imponerende prestasjon innen mikroprosessorfeltet. Teamet brukte en vanlig art av alger til å drive en mikroprosessor kontinuerlig i ett år, og de gjorde det med bare ambient lys og vann. Det nye systemet kan være en pålitelig og fornybar metode for å drive små enheter.

Forskningen ble publisert i tidsskriftet Energy & Environmental Science.

Drivende små systemer med alger

Systemet er sammenlignbart i størrelse med en AA-batteri, og det består av en type ikke-giftig alger kjent som Synechocystis. Disse algene høster naturlig energi fra solen gjennom prosessen med fotosyntese, som genererer en liten elektrisk strøm som samhandler med en aluminium-elektrode. Dette er hva som muliggjør at algene kan drive en mikroprosessor.

Systemet er konstruert av billige og nesten bare resirkulerbare materialer, noe som betyr at det kan replikeres hundredtusener av ganger og drive mange små enheter innen Internett of Things (IoT). Ifølge teamet kan dette systemet brukes i av-grid situasjoner eller fjerne lokasjoner, og utnytte de små mengdene av kraft.

Professor Christopher Howe fra University of Cambridges avdeling for biokjemi er seniorforfatter av artikkelen.

“Den voksende Internett of Things trenger en økende mengde kraft, og vi tror at dette vil måtte komme fra systemer som kan generere energi, snarere enn bare lagre det som batterier,” sa professor Howe. “Vårt fotosyntetiske enhet løper ikke tomme på samme måte som en batteri gjør, fordi det kontinuerlig bruker lys som energikilden.”

Konstruksjon og testing av systemet

Eksperimentet som ble utført av teamet brukte enheten til å drive en Arm Cortex M0+, en mikroprosessor som ofte brukes i IoT-enheter. I en hjemme- og semi-utendørsforhold under naturlig lys og tilhørende temperaturfluktuasjoner, var forskerne i stand til å komme opp med solide resultater etter seks måneder med kontinuerlig kraftproduksjon.

Dr. Paolo Bombelli fra University of Cambridges avdeling for biokjemi er første-forfatter av artikkelen.

“Vi var imponert over hvordan systemet fungerte så konsekvent over en lang periode – vi trodde det kanskje ville stoppe etter noen uker, men det fortsatte bare,” sa Dr. Bombelli.

Den spesifikke typen alger som brukes i systemet trenger ikke mat, siden det skaper sin egen mat i fotosyntese. Selv om fotosyntese krever lys, er enheten i stand til å produsere kraft under perioder med mørke. Ifølge teamet kan dette være fordi algene prosesserer noen av sin mat i ikke-lysforhold, noe som hjelper det til å fortsette å generere en elektrisk strøm.

Fordi å drive billioner av IoT-enheter med litium-ion batterier er svært upraktisk, og tradisjonelle fotovoltaiske enheter er laget med farlige materialer som skader miljøet, kan den nye utviklingen ha store implikasjoner for feltet.

Forskningen var et samarbeid mellom universitetet og Arm, som er et ledende selskap innen mikroprosessor-design. Arm Research var ansvarlig for å utvikle Arm Cortex M0+ test-chip, bygge brettet og sette opp data-samling skygrensesnittet i eksperimentene.