Мікропроцесори можуть харчуватися від фотосинтетичних мікроорганізмів у навколишньому світлі без потреби зовнішнього джерела живлення, показують нові дослідження. Під керівництвом Емре Озера з Арм та Крістофера Хоу з Кембриджського університету дослідники з Великобританії, Італії та Норвегії впровадили ціанобактерію Synechocystis sp. PCC6803 – алюмінієво-повітряну батарею для створення біофотовольтаїчного пристрою. Пристрій за розміром схожий на батарейку типу АА, виготовлений з міцних матеріалів, що в основному переробляються, і не вимагає спеціального джерела світла для роботи. Це перша зареєстрована біоелектрохімічна система, здатна безперервно живити мікропроцесор поза лабораторними умовами.
«Ми вирішили, що не хочемо експлуатувати систему за допомогою спеціального джерела енергії. Нам потрібно було довести, що ми можемо працювати в умовах зовнішнього освітлення, і ми змогли це зробити», — коментує Паоло Бомбеллі, один із провідних дослідників Кембриджського університету.
Команда перевірила стабільність та біосумісність алюмінієвої підкладки та продемонструвала, що система може безперервно живити процесор Arm Cortex-M0+ протягом шести місяців за різних умов навколишнього середовища в діапазоні температур 13,8-30,7°C. Процесор виконав 1,23×1011 циклів 45-хвилинних обчислень з наступним 15-хвилинним періодом очікування. Живлячись повністю від біофотоелектричного елемента, процесор споживав середній струм 1,4 мкА при напрузі 0,72 В. Система відмовила тільки тоді, коли для зниження температури до 5 ° C був використаний пакет з льодом.Команда навмисно залишила біофотовольтаїчну систему негерметичною. Як тільки система була встановлена, види Halomonas і Pseudomonas виросли разом з видами Synechocystis. Ми навмисно тримали систему не в стерильних умовах. Дозволяючи забруднюючим речовинам проникати в систему, ми сприяємо еволюції біома», – пояснює Бомбеллі. Ми були дуже раді виявити цю складну та заплутану суміш культур, що працюють разом, що є одним із ключових елементів гарної роботи системи. Ці змішані культури створюють стабільний, довготривалий біом, а також допомагають процесу перенесення електронів».
Чи потрібні портативні зарядки для ноутбуків? Перейдіть за посиланням на сторінки нашого сайту про сонячні генератори Jackery.
Дослідники припускають, що біофотовольтаїчна система працює як в електрохімічному, так і біоелектрохімічному режимі. У електрохімічному режимі мікроорганізми створюють сприятливе середовище електрохімічного окислення алюмінію, генеруючи електрони. У біоелектрохімічному режимі електрони передаються безпосередньо від бактерій, наприклад із зовнішньої клітинної мембрани, і переносяться на алюміній.
Представлений тут біофотовольтаїчний пристрій демонструє непередбачувану природу біології, але також її адаптовану і стійку сторону. Безперервне харчування без підзарядки біоаноду протягом шести місяців – це чудово», – говорить Марін Сава, експерт з біоелектроніки на основі фотосинтезу з Університету Ньюкасла у Великій Британії. Ця система «здається набагато надійнішою та адаптованішою, ніж я уявляв собі для виробництва біоелектрики».
Застосування системи може містити живлення невеликих електронних пристроїв. Існує значний потенціал для використання технології у віддалених місцях, де немає можливості користуватись електрикою, та де незручно використовувати батареї, що потребують регулярної заміни.
Кевін Реддінг, експерт з фотосинтетичного перетворення енергії з Університету штату Арізона в США, вражений стабільністю системи. Це дослідження є обнадійливим доказом того, що мікробна клітина може використовувати фотосинтез для довгострокового виробництва енергії, достатньої для живлення процесора. Це може переконати промисловість поставитися до цієї технології досить серйозно, щоб інвестувати час та ресурси, необхідні для її розвитку у корисну технологію». Поєднання таких енергетичних пристроїв з невеликими процесорами може підштовхнути виробників чіпів до розробки нових енергоефективних чіпів, призначених для роботи з біофотовольтаїчними клітинами у майбутньому».
