Вычисления на основе водорослей
Ученые использовали широко распространенные виды сине-зеленых водорослей для непрерывного питания микропроцессора в течение года — и это число — — используя только окружающий свет и воду. Их система может стать надежным и возобновляемым способом питания небольших электронных устройств.
Система, сравнимая по размеру с батареей типа АА, содержит тип нетоксичных водорослей под названием Synechocystis, которые естественным образом собирают энергию от солнца посредством фотосинтеза. Слабый электрический ток, который это генерирует, затем взаимодействует с алюминиевым электродом и используется для питания микропроцессора.
«Наше фотосинтетическое устройство не разряжается так, как батарея, потому что оно постоянно использует свет в качестве источника энергии». — Крис Хоу
Система изготовлена из обычных, недорогих и в основном пригодных для повторного использования материалов. Это означает, что его можно легко воспроизвести сотни тысяч раз для питания большого количества небольших устройств в рамках Интернета вещей. Исследователи говорят, что это, вероятно, будет наиболее полезным в ситуациях вне сети или в удаленных местах, где небольшое количество электроэнергии может быть очень полезным.
«Растущий Интернет вещей требует все большего количества энергии, и мы думаем, что это должно исходить от систем, которые могут генерировать энергию, а не просто хранить ее, как батареи», — сказал профессор Кристофер Хоу с кафедры биохимии Кембриджского университета. совместный старший автор статьи.
Он добавил: «Наше фотосинтетическое устройство не разряжается так, как батарея, потому что оно постоянно использует свет в качестве источника энергии».
В эксперименте устройство использовалось для питания Arm Cortex M0+ — микропроцессора, широко используемого в устройствах Интернета вещей. Он работал в домашних условиях и полуоткрытых условиях при естественном освещении и связанных с ним колебаниях температуры, и после шести месяцев непрерывной выработки электроэнергии результаты были представлены для публикации.
Исследование опубликовано 12 мая 2022 года в журнале Energy & Environmental Science.
«Мы были впечатлены тем, насколько последовательно система работала в течение длительного периода времени — мы думали, что она может остановиться через несколько недель, но она просто продолжала работать», — сказал доктор Паоло Бомбелли с кафедры биохимии Кембриджского университета, первый автор исследования. бумага.
Водоросли не нуждаются в подкормке, потому что они сами создают себе пищу в процессе фотосинтеза. И несмотря на то, что для фотосинтеза требуется свет, устройство может продолжать вырабатывать энергию даже в темное время суток. Исследователи считают, что это связано с тем, что водоросли перерабатывают часть своей пищи, когда нет света, и это продолжает генерировать электрический ток.
Интернет вещей — это обширная и растущая сеть электронных устройств, каждое из которых потребляет лишь небольшое количество энергии, которые собирают и обмениваются данными в режиме реального времени через Интернет. Используя недорогие компьютерные чипы и беспроводные сети, многие миллиарды устройств являются частью этой сети — от умных часов до датчиков температуры на электростанциях. Ожидается, что к 2035 году эта цифра вырастет до одного триллиона устройств, требующих огромного количества портативных источников энергии.
Исследователи говорят, что питать триллионы устройств Интернета вещей с помощью литий-ионных аккумуляторов было бы нецелесообразно: для этого потребуется в три раза больше лития, чем ежегодно производится в мире. А традиционные фотоэлектрические устройства изготавливаются с использованием опасных материалов, оказывающих неблагоприятное воздействие на окружающую среду.
Работа была результатом сотрудничества между Кембриджским университетом и компанией Arm, занимающейся разработкой микропроцессоров. Arm Research разработала сверхэффективный тестовый чип Arm Cortex M0+, построила плату и настроила облачный интерфейс для сбора данных, представленный в экспериментах.
Ссылка: «Питание микропроцессора за счет фотосинтеза» П. Бомбелли, А. Савант, А. Скарампи, С. Дж. Л. Роуден, Д. Х. Грин, А. Эрбе, Э. Арстол, И. Евремович, М. Ф. Хохманн-Марриотт, С. П. Трасатти, Э. Озер и Си Джей Хоу, 12 мая 2022 г., Энергетика и наука об окружающей среде.
DOI: 10.1039/D2EE00233G
Исследование финансировалось Национальным инновационным центром биопленок.
No comments:
Post a Comment