Naukowcy zasilają mikroprocesor algami, światłem i wodą

Naukowcy z Uniwersytetu w Cambridge dokonali imponującego wyczynu w dziedzinie mikroprzetwarzania. Zespół wykorzystał szeroko rozpowszechnione gatunki glonów do ciągłego zasilania mikroprocesora przez rok, wykorzystując jedynie światło otoczenia i wodę. Nowy system może stanowić niezawodną i odnawialną metodę zasilania małych urządzeń. 

Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Nauka o energii i środowisku. 

Zasilanie małego systemu glonami

System ma rozmiary porównywalne do baterii AA i składa się z rodzaju nietoksycznych alg, tzw Synechocysta. Algi te w naturalny sposób pozyskują energię ze słońca w procesie fotosyntezy, podczas którego wytwarzany jest niewielki prąd elektryczny oddziałujący z aluminiową elektrodą. Dzięki temu algi mogą zasilać mikroprocesor. 

System jest zbudowany z niedrogich materiałów, które w większości nadają się do recyklingu, co oznacza, że ​​można go powielać setki tysięcy razy i zasilać wiele małych urządzeń w ramach Internetu rzeczy (IoT). Według zespołu system ten można wykorzystać w sytuacjach pozbawionych sieci lub w odległych lokalizacjach, wykorzystując niewielkie ilości energii. 

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

„Rosnący Internet rzeczy potrzebuje coraz większej ilości energii i uważamy, że będzie ona musiała pochodzić z systemów, które mogą generować energię, a nie po prostu ją magazynować jak baterie” – powiedział profesor Howe. „Nasze urządzenie fotosyntetyczne nie wyczerpuje się tak jak bateria, ponieważ stale wykorzystuje światło jako źródło energii”.

Konstruowanie i testowanie systemu

W eksperymencie przeprowadzonym przez zespół urządzenie zasilało mikroprocesor Arm Cortex M0+ często stosowany w urządzeniach IoT. Pracując w środowisku domowym i w warunkach półzewnętrznych, przy naturalnym świetle i związanych z nim wahaniach temperatury, badacze byli w stanie uzyskać solidne wyniki po sześciu miesiącach ciągłej produkcji energii. 

Pierwszym autorem artykułu jest dr Paolo Bombelli z Wydziału Biochemii Uniwersytetu w Cambridge. 

„Byliśmy pod wrażeniem, jak spójnie system działał przez długi okres czasu — myśleliśmy, że może się zatrzymać po kilku tygodniach, ale działał dalej” – powiedział dr Bombelli. 

Specyficzny rodzaj glonów wykorzystywanych w systemie nie wymaga karmienia, ponieważ tworzy własne pożywienie w procesie fotosyntezy. Chociaż fotosynteza wymaga światła, urządzenie jest w stanie wytwarzać energię w okresach ciemności. Według zespołu może to wynikać z tego, że glony przetwarzają część pożywienia w warunkach braku światła, co pomaga im w dalszym wytwarzaniu prądu elektrycznego. 

Ponieważ zasilanie bilionów urządzeń IoT za pomocą akumulatorów litowo-jonowych jest wysoce niepraktyczne, a tradycyjne urządzenia fotowoltaiczne są wykonane z materiałów niebezpiecznych, które szkodzą środowisku, nowe osiągnięcie może mieć duże implikacje dla tej dziedziny. 

Badania były efektem współpracy uniwersytetu i firmy Arm, wiodącej firmy w projektowaniu mikroprocesorów. Firma Arm Research była odpowiedzialna za opracowanie chipa testowego Arm Cortex M0+, zbudowanie płytki i skonfigurowanie interfejsu chmury do gromadzenia danych w eksperymentach.