Naukowcy zasilają mikroprocesor glonami, światłem i wodą

Naukowcy z Uniwersytetu w Cambridge osiągnęli imponujący wyczyn w dziedzinie mikroprzetwarzania. Zespół wykorzystał powszechny gatunek glonów do zasilania mikroprocesora przez rok, przy użyciu tylko światła otoczenia i wody. Nowy system może być niezawodną i odnawialną metodą zasilania małych urządzeń.

Badania zostały opublikowane w czasopiśmie Energy & Environmental Science.

Zasilanie małego systemu glonami

System jest porównywalny rozmiarem z baterią AA i składa się z nietoksycznego gatunku glonów zwanego Synechocystis. Glon ten naturalnie pozyskuje energię ze słońca poprzez proces fotosyntezy, który wytwarza niewielki prąd elektryczny, który oddziałuje z elektrodą aluminiową. To umożliwia glonom zasilanie mikroprocesora.

System jest zbudowany z tanich i w większości recyclowalnych materiałów, co oznacza, że może być powielany setki tysięcy razy i zasilać wiele małych urządzeń w ramach Internetu Rzeczy (IoT). Zgodnie z zespołem, system ten może być wykorzystywany w sytuacjach off-grid lub w odległych miejscach, wykorzystując niewielkie ilości energii.

Profesor Christopher Howe z Wydziału Biochemii Uniwersytetu w Cambridge jest seniorem autorem artykułu.

“Rosnący Internet Rzeczy wymaga coraz większej ilości energii, a my uważamy, że będzie to musiało pochodzić z systemów, które mogą generować energię, a nie tylko ją przechowywać jak baterie,” powiedział profesor Howe. “Nasze urządzenie fotosyntetyczne nie wyczerpuje się w sposób, w jaki wyczerpuje się bateria, ponieważ ciągle wykorzystuje światło jako źródło energii.”

Budowa i testowanie systemu

Eksperyment przeprowadzony przez zespół wykorzystał urządzenie do zasilania mikroprocesora Arm Cortex M0+, często wykorzystywanego w urządzeniach IoT. Pracując w środowisku domowym i pół-na-zewnątrz w warunkach naturalnego światła i zmian temperatury, naukowcy byli w stanie uzyskać solidne wyniki po sześciu miesiącach ciągłej produkcji energii.

Doktor Paolo Bombelli z Wydziału Biochemii Uniwersytetu w Cambridge jest pierwszym autorem artykułu.

“Byliśmy zaskoczeni, jak konsekwentnie system działał przez długi czas – myśleliśmy, że może przestać działać po kilku tygodniach, ale po prostu kontynuował pracę,” powiedział doktor Bombelli.

Konkretne gatunki glonów wykorzystywane w systemie nie wymagają karmienia, ponieważ tworzą własne pożywienie w procesie fotosyntezy. Nawet jeśli fotosynteza wymaga światła, urządzenie jest w stanie wytwarzać energię podczas okresów ciemności. Zgodnie z zespołem, może to być spowodowane tym, że glony przetwarzają część swojego pożywienia w warunkach bez światła, co pomaga im kontynuować wytwarzanie prądu elektrycznego.

Ponieważ zasilanie trylionów urządzeń IoT bateriami litowo-jonowymi jest bardzo niepraktyczne, a tradycyjne urządzenia fotowoltaiczne są wykonane z materiałów szkodliwych dla środowiska, nowy rozwój może mieć duże znaczenie dla tej dziedziny.

Badania były współpracą między uniwersytetem a firmą Arm, która jest wiodącą firmą w dziedzinie projektowania mikroprocesorów. Arm Research był odpowiedzialny za rozwój mikroprocesora Arm Cortex M0+, budowę płyty i ustawienie interfejsu chmury do zbierania danych w eksperymentach.