Forskare driver mikroprocessor med alg, ljus och vatten

Forskare vid University of Cambridge har uppnått en imponerande prestation inom mikroprocessorteknik. Teamet använde en vanlig art av alg för att driva en mikroprocessor kontinuerligt under ett år, och de gjorde det med hjälp av endast omgivande ljus och vatten. Det nya systemet kan vara en tillförlitlig och förnybar metod för att driva små enheter.

Forskningen publicerades i tidskriften Energy & Environmental Science.

Att driva små system med alg

Systemet är jämförbart i storlek med en AA-batteri, och det består av en typ av icke-toxisk alg som kallas Synechocystis. Denna alg samlar energi från solen genom fotosyntes, vilket genererar en liten elektrisk ström som interagerar med en aluminium-elektrod. Detta är vad som möjliggör att algen driver en mikroprocessor.

Systemet är konstruerat av billiga och till stor del återvinningsbara material, vilket innebär att det kan replikeras hundratusentals gånger och driva många små enheter inom Internet of Things (IoT). Enligt teamet kan detta system användas i avlägsna områden eller på platser utan el, där man kan utnyttja de små mängderna energi.

Professor Christopher Howe från University of Cambridges institution för biokemi är senior författare till artikeln.

“Den växande Internet of Things behöver alltmer energi, och vi tror att detta måste komma från system som kan generera energi, snarare än att lagra den som batterier”, säger professor Howe. “Vår fotosyntetiska enhet slutar inte att fungera som en batteri gör, eftersom den kontinuerligt använder ljus som energikälla.”

Att konstruera och testa systemet

Experimentet som utfördes av teamet använde enheten för att driva en Arm Cortex M0+, en mikroprocessor som ofta används i IoT-enheter. I en hemmiljö och under semi-utomhusförhållanden med naturligt ljus och temperaturfluktuationer kunde forskarna komma fram till solida resultat efter sex månaders kontinuerlig energiproduktion.

Dr. Paolo Bombelli från University of Cambridges institution för biokemi är första författare till artikeln.

“Vi var imponerade av hur konsekvent systemet fungerade under en lång period – vi trodde att det skulle sluta fungera efter några veckor, men det fortsatte att fungera”, säger Dr. Bombelli.

Den specifika typen av alg som användes för systemet behöver inte matas, eftersom den skapar sin egen mat genom fotosyntes. Även om fotosyntes kräver ljus, kan enheten producera energi under perioder av mörker. Enligt teamet kan detta bero på att algen bearbetar en del av sin mat i mörker, vilket hjälper den att fortsätta generera en elektrisk ström.

Eftersom det är mycket opraktiskt att driva trillions av IoT-enheter med litiumjonbatterier, och traditionella fotovoltaiska enheter tillverkas med farliga material som skadar miljön, kan den nya utvecklingen ha stor betydelse för området.

Forskningen var ett samarbete mellan universitetet och Arm, som är en ledande aktör inom mikroprocessordesign. Arm Research var ansvarig för att utveckla Arm Cortex M0+-testchippet, bygga brädet och konfigurera datainsamlingens molngränssnitt i experimenten.