Поскольку наши технические потребности растут, а Интернет вещей все чаще соединяет наши устройства и датчики вместе, выяснение того, как обеспечить питание в удаленных местах, стало расширяющейся областью исследований.

Профессор Сокхун "Шон" Чой — преподаватель кафедры электротехники и вычислительной техники Инженерного и прикладного колледжа имени Томаса Дж. Уотсона Университета Бингемтона - уже много лет работает над биобатареями, которые вырабатывают электричество за счет взаимодействия бактерий.

Одна проблема, с которой он столкнулся: срок службы батарей ограничивался несколькими часами. Это может быть полезно в некоторых сценариях, но не для какого-либо долгосрочного мониторинга в удаленных местах.

В новом исследовании, опубликованном в журнале источников питания, Чой и его сотрудники разработали биобатарею "подключи и играй", которая работает неделями и может быть сложена для улучшения выходного напряжения и тока. Соавторами исследования являются сотрудники Лаборатории биоэлектроники и микросистем Чоя: нынешний аспирант Анвар Эльхадад и Лин Лю, доктор философии (в настоящее время доцент Тихоокеанского университета Сиэтла).

В предыдущих батареях Choi были две бактерии, которые взаимодействовали для выработки необходимой энергии, но в этой новой итерации используются три бактерии в отдельных вертикальных камерах: "Фотосинтезирующие бактерии вырабатывают органическую пищу, которая будет использоваться в качестве питательного вещества для других бактериальных клеток внизу. В нижней части находятся бактерии, вырабатывающие электричество, а средние бактерии будут генерировать некоторые химические вещества для улучшения переноса электронов ".

По мнению Чоя, наиболее сложным приложением для Интернета вещей станут беспроводные сенсорные сети, развертываемые без присмотра в удаленных и суровых условиях. Эти датчики будут находиться далеко от электросети, и до них будет трудно добраться, чтобы заменить традиционные батареи, когда они разрядятся. Поскольку эти сети позволят подключиться к любому уголку мира, автономность питания является наиболее важным требованием.

"Прямо сейчас мы находимся на уровне 5G, и в течение следующих 10 лет, я полагаю, это будет 6G", - сказал он. "С помощью искусственного интеллекта у нас будет огромное количество интеллектуальных, автономных, постоянно работающих устройств на чрезвычайно маленьких платформах. Как вы питаете эти миниатюрные устройства? Наиболее сложными приложениями будут устройства, развернутые в автоматизированных средах. Мы не можем поехать туда, чтобы заменить батареи, поэтому нам нужны миниатюрные сборщики энергии".

Чой сравнивает эти новые биобатареи размером 3 на 3 квадратных сантиметра с кубиками Lego, которые можно комбинировать и реконфигурировать различными способами в зависимости от электрической мощности, необходимой датчику или устройству.

Среди улучшений, которых он надеется достичь с помощью дальнейших исследований, - создание упаковки, которая может плавать на воде и выполнять самовосстановление для автоматического устранения повреждений, полученных в суровых условиях.

"Моя конечная цель - сделать его действительно маленьким", - сказал он. "Мы называем это "умной пылью", и пара бактериальных клеток может генерировать энергию, которой будет достаточно для ее работы. Тогда мы сможем посыпать им все, что нам нужно."

ИСТОЧНИК