Computación impulsada por algas: los científicos crean una célula fotovoltaica biológica confiable y renovable

El sistema, comparable en tamaño a una batería AA, contiene un tipo de alga no tóxica llamada sinecocistis que cosecha naturalmente la energía del sol a través de la fotosíntesis. La pequeña corriente eléctrica que genera interactúa con un electrodo de aluminio y se utiliza para alimentar un microprocesador.

El sistema está hecho de materiales comunes, económicos y en gran parte reciclables. Esto significa que podría replicarse fácilmente millones de miles de veces para alimentar una gran cantidad de dispositivos pequeños como parte de la Internet de las cosas. Los investigadores dicen que es probable que sea más útil en situaciones fuera de la red o en ubicaciones remotas, donde pequeñas cantidades de energía pueden ser muy beneficiosas.

“El creciente Internet de las cosas necesita una cantidad cada vez mayor de energía, y creemos que tendrá que provenir de sistemas que puedan generar energía, en lugar de simplemente almacenarla como baterías”, dijo el profesor Christopher Howe del Departamento de Bioquímica de la Universidad de Cambridge. coautor principal del artículo.

Añadió: «Nuestro dispositivo fotosintético no se agota como lo hace una batería porque está utilizando continuamente la luz como fuente de energía».

En el experimento, el dispositivo se usó para alimentar un Arm Cortex M0+, que es un microprocesador que se usa ampliamente en los dispositivos de Internet de las cosas. Operó en un ambiente doméstico y en condiciones semiexteriores con luz natural y fluctuaciones de temperatura asociadas, y luego de seis meses de producción continua de energía, los resultados se enviaron para su publicación.

El estudio se publica hoy en la revista Energía y Ciencias Ambientales.

«Nos impresionó la consistencia con la que funcionó el sistema durante un largo período de tiempo; pensamos que podría detenerse después de unas pocas semanas, pero siguió funcionando», dijo el Dr. Paolo Bombelli, del Departamento de Bioquímica de la Universidad de Cambridge, primer autor del estudio. papel.

El alga no necesita alimentación, ya que crea su propio alimento a medida que realiza la fotosíntesis. Y a pesar de que la fotosíntesis requiere luz, el dispositivo puede incluso seguir produciendo energía durante los períodos de oscuridad. Los investigadores creen que esto se debe a que las algas procesan parte de su comida cuando no hay luz, y esto continúa generando una corriente eléctrica.

El Internet de las cosas es una vasta y creciente red de dispositivos electrónicos, cada uno de los cuales usa solo una pequeña cantidad de energía, que recopila y comparte datos en tiempo real a través de Internet. Usando chips de computadora de bajo costo y redes inalámbricas, muchos miles de millones de dispositivos son parte de esta red, desde relojes inteligentes hasta sensores de temperatura en centrales eléctricas. Se espera que esta cifra aumente a un billón de dispositivos para 2035, lo que requerirá una gran cantidad de fuentes de energía portátiles.

Los investigadores dicen que alimentar trillones de dispositivos de Internet de las cosas con baterías de iones de litio no sería práctico: se necesitaría tres veces más litio del que se produce en todo el mundo anualmente. Y los dispositivos fotovoltaicos tradicionales se fabrican con materiales peligrosos que tienen efectos ambientales adversos.

El trabajo fue una colaboración entre la Universidad de Cambridge y Arm, una empresa líder en el diseño de microprocesadores. Arm Research desarrolló el chip de prueba ultraeficiente Arm Cortex M0+, construyó la placa y configuró la interfaz de nube de recopilación de datos presentada en los experimentos.

La investigación fue financiada por el Centro Nacional de Innovación de Biopelículas.

Referencia

Bombelli, P. et al: ‘Alimentación de un microprocesador por fotosíntesis’. Energía y ciencia ambiental, mayo de 2022. DOI: 10.1039/D2EE00233G

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