再生可能で信頼性の高い生物学的フォトセル

青と緑の藻を含むこのシステムは、周囲の光と水だけを使用して、マイクロプロセッサを1年間継続的に実行します。 クレジット：Paolo Bombelli

藻類を利用したコンピューティング

科学者たちは、藍藻の蔓延する形態を使用して、マイクロプロセッサを1年間継続的に実行し、周囲の光と水だけを使用して数えています。 彼らのシステムは、小型の電子機器に電力を供給するための信頼性が高く再生可能な方法としての可能性を秘めています。

単三電池に匹敵するサイズのシステムには、無毒の藻類と呼ばれる種類が含まれています 同期 それは自然に光合成を通して太陽からエネルギーを収穫します。 それが生成する小さな電流は、アルミニウム電極と相互作用し、マイクロプロセッサに電力を供給するために使用されます。

このシステムは、通常の安価でほとんどがリサイクル可能な材料でできています。 これは、モノのインターネットの一部として多数の小さなデバイスに電力を供給するために、何十万回も簡単に繰り返すことができることを意味します。 研究者は、それがオフグリッドの状況または少量の電力が最も有益である可能性がある遠隔地で最も有用である可能性が高いと言います。

「成長するモノのインターネットはますます多くのエネルギーを必要とします。これは、バッテリーのようにエネルギーを蓄えるのではなく、エネルギーを生成できるシステムからもたらされるべきだと信じています」とケンブリッジ大学生化学科のクリストファー・ハウ教授は述べています。 論文の共同主執筆者。

「私たちの光合成装置は、常に光をエネルギー源として使用しているため、バッテリーのようには機能しません」と彼は付け加えました。

実験では、このデバイスを使用して、IoTデバイスで広く使用されているマイクロプロセッサであるArm CortexM0+に電力を供給しました。 自然光とそれに伴う温度変動の下で、家庭環境と半屋外条件で動作し、6か月の継続的な電力生産の後、結果は公開のために提出されました。

この研究は、2022年5月12日にジャーナルに掲載されました。 エネルギーおよび環境科学。

ケンブリッジ大学生化学科のPaoloBombelli博士、この論文の筆頭著者。

藻類は、光合成を行うときに独自の餌を作るため、餌を与える必要はありません。 そして、光合成には光が必要ですが、デバイスは暗闇の期間中もエネルギーを生成し続けることができます。 研究者たちは、これは藻が光がないときに食物の一部を処理し、これが電流を生成し続けるためであると信じています。

モノのインターネットは、インターネットを介してリアルタイムのデータを収集および共有する、それぞれがほとんど電力を使用しない、広大で成長している電子デバイスのネットワークです。 スマートウォッチから発電所の温度センサーまで、低コストのコンピューターチップとワイヤレスネットワークを使用して、何十億ものデバイスがこのネットワークの一部になっています。 この数は2035年までに1兆台に達すると予想されており、多数のポータブル電源が必要になります。

研究者たちは、リチウムイオン電池で何兆ものIoTデバイスに電力を供給することは実用的ではないと述べています。つまり、世界中で毎年生産されるリチウムの3倍のリチウムが必要になるでしょう。 従来のPV装置は、環境に悪影響を与える危険物を使用して製造されています。

この作業は、ケンブリッジ大学と主要なマイクロプロセッサ設計会社であるArmとのコラボレーションでした。 Arm Researchは、超効率的なArm Cortex M0 +テストチップを開発し、ボードを製造し、実験で示されたデータ収集クラウドインターフェイスを準備しました。

参考：P。ボンベリ、A。サバンス、A。スカランピ、S。J. L.ローデン、D。H.グリーン、A。エルベ、E。オルストオル、I。ジェブレモビッチ、M。F.ホーマン-マリオット、S。P.トラサッティ、E .Ozer and C.J. Howe、2022年5月12日、ここで入手可能。 エネルギーおよび環境科学。
DOI：10.1039 / D2EE00233G

この研究は、国立バイオフィルムイノベーションセンターによって資金提供されました。