Fotocélula biológica renovable y fiable

Computación impulsada por algas

Los científicos han utilizado una forma omnipresente de algas verdeazuladas para ejecutar un microprocesador de forma continua durante un año, y contando, utilizando nada más que luz ambiental y agua. Su sistema tiene potencial como una forma confiable y renovable de alimentar pequeños dispositivos electrónicos.

El sistema, que es comparable en tamaño a una batería AA, contiene un tipo de alga no tóxica llamada sincrónico Obtiene 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 ordinarios, económicos y en su mayoría reciclables. Esto significa que se puede repetir 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 lugares remotos, donde pequeñas cantidades de energía eléctrica pueden ser más beneficiosas.

«El creciente Internet de las cosas necesita una cantidad cada vez mayor de energía, y creemos que debería provenir de sistemas que puedan generar energía, en lugar de almacenarla como baterías», dijo el profesor Christopher Howe, del Departamento de Bioquímica de la Universidad de Cambridge. Co-autor principal del artículo.

Añadió: «Nuestro aparato fotosintético no funciona como una batería porque está constantemente utilizando la luz como fuente de energía».

En el experimento, el dispositivo se utilizó para alimentar el Arm Cortex M0+, un microprocesador ampliamente utilizado en dispositivos IoT. Operando en un entorno doméstico y en condiciones semiexteriores con luz natural y fluctuaciones de temperatura asociadas, después de seis meses de producción continua de energía, los resultados se han enviado para su publicación.

El estudio fue publicado en la revista el 12 de mayo de 2022. Ciencias Energéticas y Ambientales.

Dr. Paolo Bombelli del Departamento de Bioquímica de la Universidad de Cambridge, primer autor del artículo.

Las algas no necesitan alimentarse, ya que crean su propio alimento al realizar la fotosíntesis. Y aunque la fotosíntesis requiere luz, el dispositivo puede 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 utiliza muy poca energía, que recopilan y comparten 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 plantas de energía. Se espera que este número 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 IoT con baterías de iones de litio no sería práctico: necesitarían tres veces más litio del que se produce anualmente en todo el mundo. Los dispositivos fotovoltaicos convencionales se fabrican con materiales peligrosos que tienen impactos ambientales adversos.

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

Referencia: “Operación de un microprocesador por fotosíntesis” por P. Bombelli, A. Savanth, A. Scarampi, S. J. L. Rowden, D. H. Green, A. Erbe, E. Årstøl, I. Jevremovic, M. F. Hohmann-Marriott, S. P. Trasatti, E Ozer y C.J. Howe, 12 de mayo de 2022, disponible aquí. Ciencias Energéticas y Ambientales.
DOI: 10.1039 / D2EE00233G

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