Investigadores de la University of Cambridge han estudiado una especie de algas verde azulada para alimentar un microprocesador de forma continua durante un año, y contando, utilizando nada más que luz ambiental y agua.
El sistema tiene potencial como una forma confiable y renovable de alimentar dispositivos pequeños.
¿Microprocesadores con microalgas?
El nuevo dispositivo, comparable en tamaño a una batería AA, contiene la microalga Synechocystis que recolecta de forma natural 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 cientos de miles de veces para alimentar una gran cantidad de dispositivos pequeños como parte del 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 crecimiento del 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 Department of Biochemistry en la University of Cambridge, co-autor del estudio.
Howe agregó: “Nuestro dispositivo fotosintético no se agota como lo hace una batería porque está utilizando continuamente la luz como fuente de energía”.
Microprocesador Arm Cortex M0+
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.
El microprocesador 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.
“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 Department of Biochemistry en la University of Cambridge, primer autor del estudio.
El alga no necesita alimentación, debido a 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 corriente eléctrica.
Internet de las cosas
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 trillón de dispositivos para el 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 tiene efectos ambientales adversos.
Colaboración con la industria
El estudio fue una colaboración entre la University of Cambridge y Arm, una empresa líder en el diseño de microprocesadores.
Arm Research desarrolló el chip de prueba ultra eficiente 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 National Biofilms Innovation Centre.
Referencia
Bombelli, P. et al: ‘Powering a Microprocessor by Photosynthesis.’ Energy & Environmental Science, May 2022. DOI: 10.1039/D2EE00233G
