Fotocélula biológica renovável e confiável

Este sistema, que contém algas azuis e verdes, opera um microprocessador continuamente por um ano usando nada além de luz ambiente e água. Crédito: Paulo Bombelli

Computação alimentada por algas

Os cientistas usaram uma extensa espécie de algas verde-azuladas para alimentar um microprocessador continuamente por um ano – e contando – usando nada além de luz ambiente e água. Seu sistema tem o potencial de ser uma maneira confiável e renovável de alimentar pequenos dispositivos eletrônicos.

O sistema, que é comparável em tamanho a uma bateria AA, contém um tipo de alga não tóxica chamada síncrono Ele naturalmente colhe energia do sol através da fotossíntese. A pequena corrente elétrica gerada interage com um eletrodo de alumínio e é usada para alimentar um microprocessador.

“Nosso aparato fotossintético não funciona como uma bateria porque está constantemente usando luz como fonte de energia”. – Chris Howe

O sistema é feito de materiais comuns, baratos e principalmente recicláveis. Isso significa que pode ser facilmente repetido centenas de milhares de vezes para alimentar um grande número de pequenos dispositivos como parte da Internet das Coisas. Os pesquisadores dizem que é provável que seja mais útil em situações fora da rede ou em locais remotos, onde pequenas quantidades de energia elétrica podem ser mais benéficas.

“A crescente Internet das Coisas precisa de uma quantidade cada vez maior de energia, e acreditamos que isso deve vir de sistemas que possam gerar energia, em vez de armazená-la como baterias”, disse o professor Christopher Howe, do Departamento de Bioquímica da Universidade de Cambridge. Co-autor sênior do artigo.

Ele acrescentou: “Nosso aparato fotossintético não funciona como uma bateria porque está constantemente usando a luz como fonte de energia”.

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No experimento, o dispositivo foi usado para alimentar o Arm Cortex M0+, um microprocessador amplamente utilizado em dispositivos IoT. Operando em ambiente doméstico e semi-exterior sob luz natural e flutuações de temperatura associadas, após seis meses de produção contínua de energia, os resultados foram submetidos para publicação.

O estudo foi publicado em 12 de maio de 2022 na revista Energia e Ciências Ambientais.

Dr. Paolo Bombelli do Departamento de Bioquímica da Universidade de Cambridge, primeiro autor do artigo.

As algas não precisam se alimentar, pois criam seu próprio alimento enquanto realizam a fotossíntese. E embora o processo de fotossíntese exija luz, o dispositivo pode continuar a produzir energia durante os períodos de escuridão. Os pesquisadores acreditam que isso ocorre porque as algas processam parte de seus alimentos quando não há luz, e isso continua gerando uma corrente elétrica.

A Internet das Coisas é uma vasta e crescente rede de dispositivos eletrônicos – cada um usando muito pouca energia – que coleta e compartilha dados em tempo real pela Internet. Usando chips de computador de baixo custo e redes sem fio, muitos bilhões de dispositivos fazem parte dessa rede – de relógios inteligentes a sensores de temperatura em usinas de energia. Espera-se que esse número aumente para um trilhão de dispositivos até 2035, exigindo um grande número de fontes de energia portáteis.

Os pesquisadores dizem que alimentar trilhões de dispositivos IoT com baterias de íons de lítio seria impraticável: eles precisariam de três vezes mais lítio do que é produzido anualmente em todo o mundo. Os dispositivos fotovoltaicos convencionais são fabricados com materiais perigosos que causam impactos ambientais adversos.

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O trabalho foi uma colaboração entre a Universidade de Cambridge e a Arm, uma empresa líder em design de microprocessadores. A Arm Research desenvolveu o chip de teste Arm Cortex M0+ ultraeficiente, fabricou a placa e preparou uma interface de nuvem para coletar os dados mostrados nos experimentos.

Referência: “Operação de microprocessador por fotossíntese” por P. Bombelli, A. Savanth, A. Scarampi, SJL Rowden, D. H. Green, A. Erbe, E. Årstøl, I. Jevremovic, M. F. Hohmann-Marriott, S. P. Trasatti, E. Ozer e CJ Howe, 12 de maio de 2022, disponível aqui. Energia e Ciências Ambientais.
DOI: 10.1039 / D2EE00233G

A pesquisa foi financiada pelo Centro Nacional de Inovação em Biofilmes.

Annaliese Franke

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