М’який пристрій збирає енергію, що виробляється мікробами у ґрунті. Дослідження опубліковано у журналі Proceedings of the ACM on Interactive, Mobile, Wearable та Ubiquitous Technologies.\
Дослідники з Північно-Західного університету в США продемонстрували новий спосіб вироблення електрики за допомогою пристрою, що занурюється в «бруд». М’який прилад розміром із книгу закопується в ґрунт і збирає енергію, що виробляється мікробами.
Концепція мікробних паливних елементів існує давно. Вони використовують бактерії, які віддають електрони довколишнім провідникам, поїдаючи ґрунт. Основна проблема з практичною реалізацією цієї ідеї полягала в тому, щоб постачати пристрій і бактерії водою та киснем, поки вони закопані у бруд.
Конструкція ґрунтового паливного елемента. Зображення: Bill Yen/Northwestern University
Інженери розробили конструкцію у формі картриджа, розташованого вертикально на горизонтальному диску. Анод із вуглецевого фетру у формі горизонтального диска знаходиться у нижній частині пристрою. Він закопаний глибоко в ґрунт і може захоплювати електрони, поки мікроби перетравлюють бруд. А провідний металевий катод розташовується вертикально поверх анода.
У запропонованій конструкції нижня частина занурена досить глибоко, щоб мати доступ до вологи з глибокого ґрунту, а верхня знаходиться на одному рівні з поверхнею. По всій довжині електрода проходить люз для свіжого повітря, а захисний ковпачок запобігає попаданню бруду та сміття та перекриття доступу катода до кисню. Частина катода також покрита гідроізоляційним матеріалом, тому при затопленні залишається гідрофобна частина катода, що контактує з киснем та підтримує роботу паливного елемента.
Паливний елемент до використання (зверху) і занурений у ґрунт із бактеріями (внизу). Зображення: Bill Yen/Northwestern University
У ході випробувань ця конструкція стабільно працювала при різних рівнях вологості ґрунту: від екстремально вологого до «відносно сухого» — із вмістом води всього 41% за об’ємом. У середньому це джерело генерувало приблизно в 68 разів більше енергії, ніж потрібно для роботи встановлених датчиків для виявлення вологи та дотику, а також передачі даних через крихітну антену на найближчу базову станцію.
Пристрій можна використовувати як екологічне джерело електрики для датчиків, що встановлюються на фермах або екологічних станціях спостереження. Енергії не вистачить для зарядки смартфона або, тим більше електромобіля, але кілька датчиків працюватимуть без необхідності регулярно міняти батарейки.