Fotocellula biologica rinnovabile e affidabile

Informatica alimentata dalle alghe

Gli scienziati hanno utilizzato una forma pervasiva di alghe blu-verdi per far funzionare un microprocessore ininterrottamente per un anno – e il conteggio – utilizzando nient’altro che luce ambientale e acqua. Il loro sistema ha il potenziale come modo affidabile e rinnovabile per alimentare piccoli dispositivi elettronici.

Il sistema, che è di dimensioni paragonabili a una batteria AA, contiene un tipo di alga non tossica chiamata sincrono Raccoglie naturalmente energia dal sole attraverso la fotosintesi. La piccola corrente elettrica che genera interagisce quindi con un elettrodo di alluminio e viene utilizzata per alimentare un microprocessore.

Il sistema è realizzato con materiali ordinari, economici e per lo più riciclabili. Ciò significa che può essere ripetuto facilmente centinaia di migliaia di volte per alimentare un gran numero di piccoli dispositivi come parte dell’Internet delle cose. I ricercatori affermano che è probabile che sia più utile in situazioni fuori rete o in località remote, dove piccole quantità di energia elettrica possono essere più vantaggiose.

“La crescente Internet delle cose ha bisogno di una quantità crescente di energia e riteniamo che questa dovrebbe provenire da sistemi in grado di generare energia, piuttosto che immagazzinarla come batterie”, ha affermato il professor Christopher Howe del Dipartimento di Biochimica dell’Università di Cambridge. Co-autore principale dell’articolo.

Ha aggiunto: “Il nostro apparato fotosintetico non funziona come fa una batteria perché utilizza costantemente la luce come fonte di energia”.

Nell’esperimento, il dispositivo è stato utilizzato per alimentare Arm Cortex M0+, un microprocessore ampiamente utilizzato nei dispositivi IoT. Operando in un ambiente domestico e in condizioni semi-esterna in condizioni di luce naturale e fluttuazioni di temperatura associate, dopo sei mesi di produzione continua di energia, i risultati sono stati presentati per la pubblicazione.

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista il 12 maggio 2022 Scienze dell’energia e dell’ambiente.

Il dottor Paolo Bombelli del Dipartimento di Biochimica dell’Università di Cambridge, primo autore dell’articolo.

Le alghe non hanno bisogno di nutrirsi, perché creano il proprio cibo mentre svolgono la fotosintesi. E sebbene la fotosintesi richieda luce, il dispositivo può continuare a produrre energia durante i periodi di oscurità. I ricercatori ritengono che ciò sia dovuto al fatto che le alghe elaborano parte del loro cibo quando non c’è luce e questo continua a generare una corrente elettrica.

L’Internet delle cose è una rete vasta e in crescita di dispositivi elettronici – ciascuno che utilizza pochissima energia – che raccolgono e condividono dati in tempo reale su Internet. Utilizzando chip per computer a basso costo e reti wireless, molti miliardi di dispositivi fanno parte di questa rete, dagli orologi intelligenti ai sensori di temperatura nelle centrali elettriche. Si prevede che questo numero salirà a un trilione di dispositivi entro il 2035, richiedendo un gran numero di fonti di alimentazione portatili.

I ricercatori affermano che alimentare trilioni di dispositivi IoT con batterie agli ioni di litio non sarebbe pratico: avrebbero bisogno di una quantità di litio tre volte superiore a quella prodotta annualmente in tutto il mondo. I dispositivi fotovoltaici convenzionali sono fabbricati utilizzando materiali pericolosi che hanno un impatto ambientale negativo.

Il lavoro è nato dalla collaborazione tra l’Università di Cambridge e Arm, una delle principali società di progettazione di microprocessori. Arm Research ha sviluppato il chip di prova Arm Cortex M0+ ultra efficiente, ha prodotto la scheda e ha preparato l’interfaccia cloud di raccolta dati mostrata negli esperimenti.

Riferimento: “Operazione di un microprocessore mediante fotosintesi” di P. Bombelli, A. Savanth, A. Scarampi, S. J. L. Rowden, D. H. Green, A. Erbe, E. Årstøl, I. Jevremovic, M. F. Hohmann-Marriott, S. P. Trasatti, E Ozer e CJ Howe, 12 maggio 2022, disponibile qui. Scienze dell’energia e dell’ambiente.
DOI: 10.1039 / D2EE00233G

La ricerca è stata finanziata dal National Center for Innovation in Biofilms.