นักวิจัยได้ใช้สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินสายพันธุ์ที่แพร่หลายเพื่อให้พลังงานแก่ไมโครโปรเซสเซอร์อย่างต่อเนื่องเป็นเวลาหนึ่งปี – และนับไม่ถ้วน – โดยไม่ต้องใช้อะไรนอกจากแสงและน้ำโดยรอบ ระบบของพวกเขามีศักยภาพในการให้พลังงานแก่อุปกรณ์ขนาดเล็กได้อย่างน่าเชื่อถือและสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้
ระบบนี้มีขนาดเทียบเท่ากับแบตเตอรี่ AA ประกอบด้วยสาหร่ายที่ไม่เป็นพิษชนิดหนึ่งที่เรียกว่า Synechocystis ซึ่งรวบรวมพลังงานจากดวงอาทิตย์โดยธรรมชาติผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสง กระแสไฟฟ้าขนาดเล็กที่สร้างขึ้นนี้จะทำปฏิกิริยากับอิเล็กโทรดอะลูมิเนียมและใช้เพื่อจ่ายพลังงานให้กับไมโครโปรเซสเซอร์
ระบบนี้ทำจากวัสดุทั่วไป ราคาไม่แพง และนำไปรีไซเคิลได้เป็นส่วนใหญ่ ซึ่งหมายความว่าสามารถทำซ้ำได้หลายแสนครั้งเพื่อขับเคลื่อนอุปกรณ์ขนาดเล็กจำนวนมากซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง นักวิจัยกล่าวว่าน่าจะมีประโยชน์มากที่สุดในสถานการณ์นอกระบบกริดหรือสถานที่ห่างไกล ซึ่งพลังงานจำนวนเล็กน้อยอาจเป็นประโยชน์อย่างมาก
ศาสตราจารย์คริสโตเฟอร์ ฮาว จากภาควิชาชีวเคมีของมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ กล่าวว่า “อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่งที่กำลังเติบโตนั้นต้องการพลังงานที่เพิ่มขึ้น และเราคิดว่าสิ่งนี้จะต้องมาจากระบบที่สามารถสร้างพลังงานได้ แทนที่จะเก็บไว้เหมือนแบตเตอรี่” ผู้เขียนอาวุโสร่วมของบทความ
เขาเสริมว่า: “อุปกรณ์สังเคราะห์แสงของเราไม่ทำงานเหมือนแบตเตอรี่เพราะมันใช้แสงเป็นแหล่งพลังงานอย่างต่อเนื่อง”
ในการทดลอง อุปกรณ์ดังกล่าวถูกใช้เพื่อขับเคลื่อน Arm Cortex M0+ ซึ่งเป็นไมโครโปรเซสเซอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์ Internet of Things มันทำงานในสภาพแวดล้อมภายในและสภาพกึ่งกลางแจ้งภายใต้แสงธรรมชาติและความผันผวนของอุณหภูมิที่เกี่ยวข้อง และหลังจากหกเดือนของการผลิตพลังงานอย่างต่อเนื่อง ผลลัพธ์ก็ถูกส่งเพื่อตีพิมพ์
การศึกษาได้ รับการตีพิมพ์ในวัน นี้ในวารสาร Energy & Environmental Science
ดร.เปาโล บอมเบลลี จากภาควิชาชีวเคมีของมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ผู้เขียนคนแรกของ The University of Cambridge กล่าวว่า “เรารู้สึกประทับใจกับความสม่ำเสมอของระบบทำงานเป็นเวลานาน – เราคิดว่าระบบอาจหยุดทำงานหลังจากผ่านไปสองสามสัปดาห์ แต่มันก็ยังดำเนินต่อไป” กระดาษ.
สาหร่ายไม่ต้องการอาหารเพราะมันสร้างอาหารของตัวเองในขณะที่มันสังเคราะห์แสง และแม้ว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงจะต้องการแสง แต่อุปกรณ์ก็ยังสามารถผลิตพลังงานได้ต่อไปในช่วงเวลาที่มืดมิด นักวิจัยคิดว่าเป็นเพราะสาหร่ายแปรรูปอาหารบางส่วนเมื่อไม่มีแสง และสิ่งนี้ยังคงสร้างกระแสไฟฟ้าต่อไป
Internet of Things เป็นเครือข่ายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่กว้างใหญ่และกำลังเติบโต ซึ่งแต่ละอุปกรณ์ใช้พลังงานเพียงเล็กน้อย ซึ่งรวบรวมและแบ่งปันข้อมูลแบบเรียลไทม์ผ่านอินเทอร์เน็ต อุปกรณ์หลายพันล้านชิ้นเป็นส่วนหนึ่งของเครือข่ายนี้โดยใช้ชิปคอมพิวเตอร์ราคาประหยัดและเครือข่ายไร้สาย ตั้งแต่นาฬิกาอัจฉริยะไปจนถึงเซ็นเซอร์อุณหภูมิในโรงไฟฟ้า ตัวเลขนี้คาดว่าจะเพิ่มขึ้นเป็นหนึ่งล้านล้านอุปกรณ์ภายในปี 2578 ซึ่งต้องใช้แหล่งพลังงานแบบพกพาจำนวนมาก
นักวิจัยกล่าวว่าการจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ Internet of Things หลายล้านล้านเครื่องโดยใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะเป็นไปไม่ได้ เนื่องจากต้องใช้ลิเธียมมากกว่าที่ผลิตทั่วโลกปีละ 3 เท่า และอุปกรณ์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์แบบดั้งเดิมนั้นผลิตขึ้นโดยใช้วัสดุอันตรายที่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
งานนี้เป็นความร่วมมือระหว่าง University of Cambridge และ Arm ซึ่งเป็นบริษัทชั้นนำด้านการออกแบบไมโครโปรเซสเซอร์ Arm Research ได้พัฒนาชิปทดสอบ Arm Cortex M0+ ที่มีประสิทธิภาพสูง สร้างบอร์ด และตั้งค่าอินเทอร์เฟซระบบคลาวด์สำหรับการรวบรวมข้อมูลที่นำเสนอในการทดลอง
การวิจัยได้รับทุนจากศูนย์นวัตกรรมไบโอฟิล์มแห่งชาติ
อ้างอิง
Bombelli, P. et al: ‘ การขับเคลื่อนไมโครโปรเซสเซอร์โดยการสังเคราะห์ด้วยแสง ‘ วิทยาศาสตร์พลังงานและสิ่งแวดล้อม พฤษภาคม 2565 DOI: 10.1039/D2EE00233G
