Các nhà nghiên cứu cấp nguồn cho bộ xử lý bằng tảo, ánh sáng và nước

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Cambridge đã đạt được một thành tựu ấn tượng trong lĩnh vực vi xử lý. Đội ngũ đã sử dụng một loài tảo phổ biến để cấp nguồn cho một bộ xử lý liên tục trong một năm, và họ đã làm điều này chỉ với ánh sáng và nước xung quanh. Hệ thống mới này có thể là một phương pháp đáng tin cậy và tái tạo để cấp nguồn cho các thiết bị nhỏ.

Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Energy & Environmental Science.

Cấp nguồn cho Hệ thống Nhỏ bằng Tảo

Hệ thống này có kích thước tương đương với pin AA, và nó bao gồm một loại tảo không độc hại được gọi là Synechocystis. Loại tảo này tự nhiên thu hoạch năng lượng từ mặt trời thông qua quá trình quang hợp, tạo ra một dòng điện nhỏ tương tác với điện cực nhôm. Đây là điều cho phép tảo cấp nguồn cho một bộ xử lý.

Hệ thống được xây dựng từ các vật liệu giá rẻ và có thể tái chế, có nghĩa là nó có thể được nhân bản hàng trăm nghìn lần và cấp nguồn cho nhiều thiết bị nhỏ trong Internet của vạn vật (IoT). Theo đội ngũ, hệ thống này có thể được sử dụng trong các tình huống không có lưới điện hoặc ở các địa điểm xa xôi, tận dụng lượng năng lượng nhỏ.

Giáo sư Christopher Howe từ Bộ môn Hóa sinh của Đại học Cambridge là tác giả chính của bài báo.

“Internet của vạn vật đang cần ngày càng nhiều năng lượng, và chúng tôi nghĩ rằng điều này sẽ phải đến từ các hệ thống có thể tạo ra năng lượng, chứ không chỉ lưu trữ nó như pin,” Giáo sư Howe nói. “Thiết bị quang hợp của chúng tôi không hết năng lượng như pin vì nó liên tục sử dụng ánh sáng làm nguồn năng lượng.”

Xây dựng và Kiểm tra Hệ thống

Thí nghiệm được thực hiện bởi đội ngũ đã sử dụng thiết bị để cấp nguồn cho một Arm Cortex M0+, một bộ xử lý thường được sử dụng trong các thiết bị IoT. Hoạt động trong môi trường gia đình và bán ngoài trời dưới ánh sáng tự nhiên và sự thay đổi nhiệt độ, các nhà nghiên cứu đã có thể đạt được kết quả vững chắc sau sáu tháng sản xuất năng lượng liên tục.

Tiến sĩ Paolo Bombelli từ Bộ môn Hóa sinh của Đại học Cambridge là tác giả đầu tiên của bài báo.

“Chúng tôi rất ấn tượng với việc hệ thống hoạt động ổn định trong thời gian dài – chúng tôi nghĩ nó có thể ngừng hoạt động sau vài tuần nhưng nó vẫn tiếp tục,” Tiến sĩ Bombelli nói.

Loại tảo cụ thể được sử dụng cho hệ thống không cần cho ăn vì nó tạo ra thức ăn của mình thông qua quang hợp. Mặc dù quang hợp cần ánh sáng, thiết bị vẫn có thể tạo ra năng lượng trong thời gian không có ánh sáng. Theo đội ngũ, điều này có thể là do tảo xử lý một số thức ăn trong điều kiện không có ánh sáng, giúp nó tiếp tục tạo ra dòng điện.

Bởi vì việc cấp nguồn cho hàng nghìn tỷ thiết bị IoT bằng pin lithium-ion là không thực tế, và các thiết bị quang điện truyền thống được làm bằng vật liệu nguy hiểm có hại cho môi trường, sự phát triển mới này có thể có những ý nghĩa lớn cho lĩnh vực này.

Nghiên cứu này là một sự hợp tác giữa đại học và Arm, một công ty hàng đầu trong thiết kế vi xử lý. Arm Research đã chịu trách nhiệm phát triển chip thử nghiệm Arm Cortex M0+, xây dựng bảng và thiết lập giao diện đám mây thu thập dữ liệu trong các thí nghiệm.