Американцы запитали микросхему от живого дерева

Учёным не первый год известно, что деревья способны вырабатывать малую толику электричества. Но теперь исследователи из университета Вашингтона (University of Washington) впервые запитали от такого необычного источника электронную микросхему, придумав способ повышения напряжения и аккумуляции "зелёной" энергии.

Сердцевина всего устройства – специальная микросхема, насчитывает в поперечнике несколько миллиметров (фото University of Washington).

Ранние работы в этой области показывали, что если один электрод воткнуть в живое дерево, а второй в почву, между ними установится потенциал порядка 200 милливольт. Американские учёные провели несколько опытов, установив, что клён крупнолистный, распространённый на кампусе университета, может вырабатывать напряжение до нескольких сот милливольт. Развиваемый под нагрузкой ток при этом оказывается очень мал, потому было затруднительно придумать устройство, способное работать от дерева.

Ныне специалисты из университета Вашингтона построили микросхему, которую успешно запитали от столь слабого поставщика электричества. Схема содержит конвертор, способный повышать входное напряжение даже столь малое, как 20 милливольт, до 1,1 вольта, которых достаточно для работы крошечного сенсора. Мощность, потребляемая схемой составила всего 10 нановатт.

Авторы устройства демонстрируют работу микросхемы от дерева. Слева направо: Карлтон Хаймес (Carlton Himes), Брайан Отис (Brian Otis) и Бабак Парвиз (Babak Parviz). Профессор Парвиз, кстати, нам знаком: это его команда в прошлом году построила первые в мире контактные линзы с микросхемами внутри. Что касается нынешней работы, то, помимо трёх исследователей, что показаны на данном снимке, в ней приняли участие Эрик Карлсон (Eric Carlson) и Райан Риккьюти (Ryan Ricchiuti) (фото University of Washington).

Однако и в таком режиме электроника нередко начинала "голодать", ведь отдача энергии от дерева была слишком мала и не слишком уж стабильна, потому авторы предусмотрели прерывистый режим работы устройства.

В его состав включили специально созданную схему-часы, для работы которой было достаточно всего 0,35 вольта напряжения и мощности в 1 нановатт (в 1000 раз меньше, чем у электронных наручных часов). Эти часики эпизодически включают всю остальную схему для того, чтобы датчик снял показания и записал их в память или передал куда-либо.

Насчёт механизма генерации электричества ясности нет. Учёные лишь подчёркивают, что это не гальванический элемент и что данные опыты не следует смешивать с известными "домашними" экспериментами, когда пару электродов втыкают в картофель или лимон, получая слабый ток.

В тех "устройствах" применяются электроды из разных металлов, сок играет роль электролита — получается батарея. Но в случае с электричеством от дерева учёные намеренно используют для электродов один и тот же металл.

"Точно не известно, где берётся это напряжение. Но, похоже, существует некоторая сигнализация в деревьях, аналогичная той, что работает в человеческом теле, только с меньшей скоростью, — объясняет Парвиз, один из разработчиков системы. — Я заинтересован в применении нашего изобретения в качестве способа исследования данной особенности деревьев. Когда вы идете к врачу, первое, что он делает — измеряет пульс. Может что-то похожее есть у деревьев".

Не первый раз исследователи обращаются к этой теме. Так в США существует компания, которая собралась было довести технологию получения электричества от деревьев до состояния, пригодного к выходу на рынок. И то, что внятной теории, объясняющей появление этого электричества — так и нет, новаторов не смущало. Но, видимо, слишком скромный выход получался от деревьев, чтобы говорить о серьёзном "прорыве".

У группы Парвиза несколько иной взгляд на сферу применения "деревянного электричества": таким способом можно запитывать крошечные датчики, служащие для оценки здоровья самого дерева или фиксации параметров окружающей среды, или для мониторинга пожаров в лесах.

Детали исследования будут изданы в IEEE Transactions on Nanotechnology. "Насколько мы знаем, что это первая рецензируемая статья, когда кто-то запитал что-либо, воткнув электроды в дерево", — говорит Парвиз.