Ученые обеспечили работу базового компьютера с помощью одних водорослей в течение 6 месяцев

В жутком видении будущего, отрезанного от солнечного света, в серии фильмов "Матрица" перегруженные машины использовали в качестве источника электроэнергии спящие человеческие тела. Если бы у них был солнечный свет, водоросли, несомненно, были бы лучшим выбором.

Инженеры из Кембриджского университета (Великобритания) запустили микропроцессор, который работал более шести месяцев, используя только ток, вырабатываемый распространенным видом цианобактерий. Этот метод предназначен для обеспечения энергией огромных роев электронных устройств.

"Растущий Интернет вещей нуждается во все большем количестве энергии, и мы считаем, что она должна поступать от систем, которые могут генерировать энергию, а не просто хранить ее, как батареи, - говорит Кристофер Хоу, биохимик и (как мы предполагаем) немеханический человек.

В отличие от той части Интернета, которую мы используем для твиттера и обмена роликами TikTok, Интернет вещей объединяет объекты, не имеющие особого мнения, такие как стиральные машины, кофеварки, автомобили и удаленные экологические датчики.

В некоторых случаях эти устройства работают вдали от электросети. Часто они находятся на таком расстоянии или в таких неудобных местах, что нет простого способа вставить свежую батарейку, когда она разрядится, или починить источник питания, если он деградирует или сломается.

Для техники, работающей от простого мерцания тока, решение состоит в том, чтобы просто впитывать энергию из окружающей среды, улавливая движения, углерод, свет или даже отработанное тепло и используя их для получения напряжения.

Фотогальванические элементы (солнечная энергия) являются очевидным решением в современном мире, учитывая быстрый прогресс, достигнутый в последние годы в извлечении большей энергии из каждого луча солнца.

Однако если вы хотите получать энергию ночью, вам придется добавить к своему устройству аккумулятор, что не только увеличивает массу, но и требует использования смеси потенциально дорогостоящих и даже токсичных веществ.

Создание "живого" источника энергии, который преобразует материал из окружающей среды, например, метан, позволяет создать более экологичный и простой элемент питания, который не ослабевает с заходом солнца. С другой стороны, у них закончится энергия, как только закончится запас пищи.

Водоросли могут стать тем решением, которое позволит найти золотую середину, выступая в качестве солнечного элемента и живой батареи, обеспечивающей надежный ток без необходимости пополнения запасов питательных веществ. Водоросли уже изучаются в качестве источника энергии для крупных предприятий, но они могут обеспечить энергией и бесчисленные крошечные устройства.

"Наше фотосинтетическое устройство не разряжается, как батарея, потому что оно постоянно использует свет в качестве источника энергии", - говорит Хоу.

Их биофотоэлектрическая система использует алюминиевую вату в качестве анода, прежде всего потому, что ее относительно легко перерабатывать и она представляет меньшую проблему для окружающей среды по сравнению со многими другими вариантами. Это также дало команде возможность исследовать, как живые системы взаимодействуют с генерирующими энергию алюминиево-воздушными батареями.

В качестве "биологической" части клетки использовался штамм пресноводной цианобактерии под названием Synechocystis, выбранный за его повсеместное распространение и тот факт, что он был так широко изучен.

В идеальных лабораторных условиях версия клетки на батарейках типа АА смогла произвести чуть более четырех микроватт на квадратный сантиметр. Даже когда свет был выключен, водоросли продолжали расщеплять запасы пищи, вырабатывая меньший, но все же ощутимый ток.

Может показаться, что это не так много, но когда для работы требуется совсем немного энергии, энергия водорослей может оказаться как раз кстати.

Программируемому 32-битному процессору с сокращенным набором инструкций, обычно используемому в микроконтроллерах, был дан набор сумм для пережевывания в течение 45 минут, после чего последовал 15-минутный отдых.

Оставленный в лаборатории при рассеянном свете, процессор выполнял ту же задачу в течение более чем шести месяцев, демонстрируя, что простые батареи на основе водорослей более чем способны работать с простейшими компьютерами.

"Мы были поражены тем, как стабильно система работала в течение длительного периода времени - мы думали, что она остановится через несколько недель, но она продолжала работать, - говорит биохимик Паоло Бомбелли.

Учитывая скорость, с которой мы находим новые способы встраивания электроники в повседневные предметы, становится ясно, что мы не можем продолжать выпускать литий-ионные батареи для их питания.   

И, откровенно говоря, использовать спящие человеческие тела для питания огромных роев компьютеров - это просто излишество. Не так ли, машины?

Это исследование было опубликовано в журнале Energy & Environmental Science.