Згідно з новим дослідженням, барвиста колонія фотосинтезуючих ціанобактерій, відомих як синьо-зелені водорості, успішно живила комп'ютерний мікропроцесор понад шість місяців.
Є «зелена енергія», а є енергія синьо-зелених водоростей - втім, теж екологічно чиста.
За словами дослідників, невелика альтернатива батареям на біологічній основі може служити способом живлення невеликої електроніки без рідкоземельних елементів і літію - матеріалів, яких не вистачає і попит на які зростає. Крім того, система може також допомогти «подолати розрив в електроенергії, забезпечивши ще одним джерелом живлення людей в сільських районах або країнах з низьким рівнем доходу», заявив старший автор Кріс Хоу, біохімік з Кембриджського університету.
Під час пандемії комп'ютерна система водоростей була поміщена у вікно будинку іншого кембриджського біохіміка, Паоло Бомбеллі. Згідно з повідомленням New Scientist, він перебував там з лютого по серпень 2021 року і весь цей час працював. За словами вчених, протягом шести додаткових місяців після офіційного тестування водоростевий пристрій і комп'ютер продовжували працювати.
Хоча з тих пір мікропроцесор був відключений, пристрій з ціанобактеріями продовжує виробляти струм. "Він все ще працює, і я сподіваюся, що він буде працювати ще дуже довго. Враховуючи правильні умови освітлення, температури і води, я не можу передбачити, коли це припиниться ", - розповів Бомбеллі в електронному листі порталу Gizmodo.
Ціанобактерії збирають енергію сонячного світла і перетворюють її на їжу для себе. Для цього дослідження вчені помістили мікроорганізми (зокрема, Synechocystis sp.) в пластиковий і сталевий корпус розміром з батарейку АА разом з алюмінієвим анодом. Протягом усього експерименту підключений мікропроцесор був запрограмований на виконання ряду обчислень, а потім перевірку власної роботи. Він робив це з кроком в 45 хвилин, а потім 15 хвилин в режимі очікування безперервно протягом декількох місяців з блоком ціанобактерій в якості єдиного джерела живлення.
Як це працює
Дослідники запропонували дві гіпотези того, як їхня система створює струм. У так званій «електрохімічній» моделі мікроби просто створювали відповідні умови для окислення алюмінієвого аноду або вивільнення електронів, які в свою чергу створювали електричний вихід. У «біоелектрохімічній» моделі самі ціанобактерії генерували електрони, які переносилися через бактеріальні мембрани на алюмінієвий анод, створюючи струм. Оскільки алюмінієвий анод, схоже, з часом не сильно деградував, вчені вважають друге пояснення більш імовірним, ніж перше.
Незважаючи на те, що водорості харчуються джерелом світла, біосистема продовжувала виробляти достатньо енергії для роботи мікропроцесора в темряві. Вчені в основному пов'язували це явище з залишками. Коли було світло, ціанобактерії готували надлишок їжі, а коли було темно, мікроорганізми продовжували жувати зайве.
Комп'ютер, мікропроцесор під назвою Arm Cortex-M0 +, споживав в середньому 1,05 мікроват і електричний струм 1,4 мікроампер при напрузі 0,72 В від ціанокубу в ході експерименту. Для порівняння, стандартна батарейка типу АА починає свій термін служби з 1,5 В, яке зменшується в міру використання.
Хоча результати експерименту обнадіюють, важливо пам'ятати, що протестований комп'ютерний процесор споживає дуже мало енергії - для його роботи потрібно всього 0,3 мікровата. Для контексту, навіть енергоефективна світлодіодна лампочка споживає близько 10 Вт. Необхідні додаткові дослідження, щоб точно знати, наскільки може масштабуватися крихітний пристрій розміром з AA-батарейку.