В ходе своей жизнедеятельности растения вырабатывают некоторые количества электричества – конечно, очень и очень небольшие. Однако и этого хватит, чтобы запитать некоторые современные устройства прямо от дерева.
Бабак Парвиц (справа), его коллега Брайан Отис (Brian Otis, в центре) и студент Карлтон Хаймс (слева) подключают свою микросхему к источнику энергии – дереву
«Насколько я знаю, нам первым удалось запитать устройство, просто воткнув в ствол пару электродов», — радуется профессор Бабак Парвиц Babak Parviz).
В прошлом году «древесное электричество» было тщательно изучено и исследовано другой группой ученых, которые показали, что в дереве создается напряжение в 200 мВ – если поместить один электрод в ствол, а второй – в грунт прямо возле него. Тогда же данная технология получения энергии была запатентована, и сегодня молодая компания Voltree Power ведет разработку микросхем, которые могли бы обходиться этим количеством.
По сходному пути пошла и группа Парвица, которая уже преуспела в создании подходящей микросхемы. Подопечный профессора, студент Карлтон Хаймс (Carlton Himes) провел целое лето в поисках самых подходящих для этой цели деревьев – оказалось, что обычный крупнолистный клен (лист которого изображен на канадском флаге) создает очень стабильное напряжение величиной в несколько сотен милливольт.
Эта крохотная микросхема накапливает энергию, пока ее не будет достаточно для работы миниатюрного прибора – скажем, несложного сенсора
Лишь затем ученые перешли к созданию устройства, которому бы этой энергии хватало. Для начало они сконструировали подходящий повышающий преобразователь, систему, которая на входе получает ток низкого напряжения, и «накапливает» его, на выходе создавая напряжение более высокое. Созданный преобразователь способен работать с очень малым исходным напряжением – 20 мВ – и выдавать в итоге 1,1 В, чего вполне достаточно для работы некоторых энергоэффективных датчиков.
Микросхема, в основе которой лежит этот преобразователь, имеет размер около 130 нм и потребляет каких-то 10 нВт (т.е., одну стомиллионную ватта) энергии. «Обычные электронные устройства неспособны работать на том низком уровне энергии, который можно получить из дерева, — поясняет Парвиц, — У нас же “наномасштаб” касается не только размеров, но и энергопотребления».
Основную часть времени микросхема проводит в энергосберегающем «спящем» состоянии, бодрствующими в ней остаются только встроенные часы, потребляющие лишь 1 нВт (для сравнения: обычные современные наручные часы требуют в тысячи раз больше). Часы эти один раз в несколько секунд создают электрический импульс, который используется для «пробуждения» всей системы.
Конечно, «древесное электричество» никогда не заменит полноценные мощные источники энергии. Однако и недооценивать его не стоит. С развитием современных нанотехнологий и энергосберегающих решений самые разные миниатюрные системы можно будет годами питать, просто воткнув их в ствол – ведя мониторинг состояния воздуха, или, скажем, оснастив леса противопожарными датчиками.
По пресс-релизу University of Washington
Ссылка на источник