Naukowcy zatrudnili sinice do zasilania procesora Arm Cortex M0+

Naukowcy wykorzystali sinice do zasilania mikroprocesora przez ponad rok. Wszystko, czego potrzebował cały układ do działania to woda i światło. Testowane źródło energii było w stanie zasilać procesor, który do stabilnego działania potrzebuje 0,3 μW (przy napięciu 0,3 V).

Układ, o rozmiarach niewiele większych do baterii AA, zbudowany jest w oparciu o słodkowodne sinice, którymi skolonizowano włókna wełny aluminiowej – aluminium jest też jednocześnie anodą w całym układzie. Cyjanobakterie z gatunku Synechocystis, jak prawie wszystkie tego typu organizmy, są samożywne i w naturalny sposób pozyskują pokarm w procesie fotosyntezy. Jednocześnie, ponieważ są zanurzone w roztworze, a żyją na powierzchni anody, w układzie pojawia się mała różnica potencjałów. Prąd ten nie jest bardzo wielki, ale wystarczający do zasilania niewielkich urządzeń IoT (Internet of Things – Internet rzeczy).

Cału układ zasilający wykonany jest z powszechnie dostępnych, niedrogich i w dużej mierze nadających się do recyklingu materiałów. Oznacza to, że można go z łatwością powielać setki tysięcy razy, aby zasilić dużą liczbę małych urządzeń IoT.

„Uważamy, że będzie ona (energia – red.) musiała pochodzić z systemów, które mogą generować energię, a nie tylko ją magazynować, jak akumulatory – powiedział profesor Christopher Howe z Wydziału Biochemii Uniwersytetu w Cambridge, współautor pracy.

Nasze urządzenie fotosyntetyczne nie wyczerpuje się tak jak akumulator, ponieważ stale wykorzystuje światło jako źródło energii – dodał.

W eksperymencie urządzenie Al-BPV zostało wykorzystane do zasilania procesora Arm Cortex M0+, który jest mikroprocesorem szeroko stosowanym w urządzeniach IoT. Działało w warunkach domowych i przy naturalnym oświetleniu i związanych z nim wahaniach temperatury, a po sześciu miesiącach ciągłej produkcji energii wyniki zostały złożone do publikacji. Od tego czasu minęło następne pół roku i całość dalej pracuje.

Sinice produkują prąd nawet w nocy

Byliśmy pod wrażeniem tego, jak konsekwentnie układ działał przez długi czas – myśleliśmy, że po kilku tygodniach może się zatrzymać, ale on po prostu działał – powiedział dr Paolo Bombelli z Wydziału Biochemii Uniwersytetu w Cambridge, pierwszy autor pracy.

Al-BPV może wytwarzać energię nawet w nocy. Naukowcy uważają, że dzieje się tak dlatego, że sinice przetwarzają część swojego pożywienia, gdy nie ma światła, a to z kolei generuje prąd.

Internet rzeczy to rozległa i wciąż rosnąca sieć urządzeń elektronicznych – każde zużywa niewielką ilość energii – które gromadzą i udostępniają dane w czasie rzeczywistym za pośrednictwem Internetu. Dzięki wykorzystaniu tanich chipów komputerowych i sieci bezprzewodowych do tej grupy należy dziś wiele miliardów urządzeń. Szacuje się, że do 2035 r. liczba ta wzrośnie do biliona, co będzie wymagało ogromnej liczby małych i sprawnych źródeł energii.

Naukowcy twierdzą, że zasilanie takiej liczby urządzeń za pomocą akumulatorów litowo-jonowych byłoby niepraktyczne: wymagałoby trzykrotnie więcej litu niż jest produkowane na świecie rocznie. Niby można zastosować fotowoltaikę, ale tradycyjne ogniwa PV są wytwarzane przy użyciu niebezpiecznych materiałów, które mają niekorzystny wpływ na środowisko.

Praca powstała w wyniku współpracy Uniwersytetu w Cambridge z firmą Arm Research, która opracowała ultrawydajny układ testowy Arm Cortex M0+, zbudowała płytkę PCB i skonfigurowała interfejs chmurowy do zbierania danych. Badania zostały sfinansowane przez brytyjskie Narodowe Centrum Innowacji.

Źródło: Uniwersytet w Cambridge