Ученые-компьютерщики из Калифорнийского университета в Сан-Диего показывают, как почвенные микробы можно использовать для питания маломощных датчиков. Это открывает новые возможности для микробных топливных элементов (МТЭ), которые могут питать датчики гидратации почвы и другие устройства.

Под руководством доцента кафедры компьютерных наук и инженерии (CSE) Пэта Паннуто и доктора философии Габриэля Маркано. студент, работающий с Pannuto, это исследование было представлено сегодня на первом семинаре Ассоциации компьютерного оборудования (ACM) по теме Интернета вещей без энергопотребления и с низким энергопотреблением.

«Наши самые непосредственные приложения связаны с сельскохозяйственными установками, пытаясь создать замкнутый контур управления. Сначала для полива, но в конечном итоге для удобрения и обработки: определение нитратов, азота, фосфора, калия. Это могло бы помочь нам понять, как ограничить сток и другие эффекты», — сказал Паннуто, старший автор исследования под названием «Власть почвы? Могут ли микробные топливные элементы питать нетривиальные датчики?»

Датчики тока часто питаются от батарей или небольших солнечных или ветряных генераторов, но это создает другие проблемы. Батареи необходимо периодически менять, а надземные генераторы легко повредить плугами или другой техникой.

МФЦ являются автономными, устраняют необходимость в наземной инфраструктуре и периодическом обслуживании и могут быть заглублены вместе с датчиками ниже линий. В конечном счете, биоразлагаемые топливные элементы и связанные с ними схемы могут просто расплавиться, что избавит от необходимости извлекать мертвые датчики.

«В некоторых случаях мы размещаем эти датчики в экологически чувствительных средах обитания для наблюдения за окружающей средой», — сказал Паннуто. «Мы не хотим усугублять проблему, оставляя кучу позади».

Электропитание Интернета всего

Паннуто присоединился к факультету компьютерных наук и инженерии в 2019 году и специализируется на встроенных системах и способах развертывания вычислений в физическом мире.

«Многие из моих исследований посвящены очистке энергии, о которой идет речь в этой статье, а также связи на большие расстояния и с низким энергопотреблением», — сказал Паннуто. «Как мы собираемся поддерживать возможный Интернет всего?»

В то время как все микробы производят энергию — и их можно найти практически в любой случайной горсти грязи — исследователи особенно заинтересованы в семействе анаэробных бактерий, называемых геобактериями.

«Они использовались для снижения токсичности урана и тяжелых металлов в почве», — сказал Маркано. «Недавние исследования показали, что они довольно продуктивны в производстве электроэнергии».

Хотя текущая статья была написана на факультете компьютерных наук и инженерии Инженерной школы Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего, она является частью более крупного проекта с Коллин Джозефсон в Калифорнийском университете в Санта-Круз и Джозией Хестер, Вейтао Шуай и Джорджем Уэллсом в Северо-Западном университете.

Помимо мониторинга ферм, исследователи также работают с группами по защите водно-болотных угодий. Объединяющей темой является поддержка долгосрочных измерений в областях, где отсутствует поддерживающая инфраструктура.

И хотя MFC не будут питать ничего, что требует много энергии, они предлагают огромный потенциал для поддержки пассивных систем мониторинга и предоставления расширенных данных для ферм и водно-болотных угодий.

«Мы не собираемся запускать сотовый телефон вне земли в ближайшее время, но мы можем собрать достаточно энергии, чтобы передавать пакеты данных пару раз в день», — сказал Паннуто. «Мы можем разработать инфраструктуру мониторинга, просто используя доступную энергию в грязи».