เกือบสามพันล้านปีก่อน เสื่อมหาสมุทรของไซยาโนแบคทีเรียที่เรียกว่า สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน เปลี่ยนชั้นบรรยากาศของโลกโดยเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์เป็นออกซิเจนที่เราหายใจเข้าในสัตว์ ในช่วงเวลาที่พวกเขาอยู่บนโลก พวกเขารอดชีวิตจากการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ถึง 5 ครั้งโดยปราศจากสิ่งใดนอกจากแสงและน้ำ และตอนนี้ ในถังขนาดเล็กบนขอบหน้าต่างในอังกฤษ เทคโนโลยีชีวภาพ อายุหลายพันล้านปีกำลังให้ความรู้ความชำนาญแก่ญาติมือใหม่
แท็งก์ที่ สร้างโดยนักวิทยาศาสตร์ของเคมบริดจ์ มีขนาดประมาณแบตเตอรี่ AA และมีหน้าต่างพลาสติกสี่บานติดตั้งอยู่ในกรอบอะลูมิเนียมเรียบง่าย ภายในกลุ่มสาหร่ายรับแสงแดดและแปลงเป็นอาหารโดยการสังเคราะห์ด้วยแสง ในกระบวนการนี้ จะผลิตกระแสไฟฟ้าขนาดเล็ก ซึ่งส่งไปยังอิเล็กโทรดในโครงอะลูมิเนียม สำหรับสิ่งเหล่านี้ นักวิจัยได้แนบชิปคอมพิวเตอร์พลังงานต่ำที่ตั้งโปรแกรมให้ทำงานเป็นรอบ — 45 นาทีและ 15 ในโหมดสแตนด์บาย — และทิ้งอุปกรณ์ที่น่าสงสัยนี้ไว้ในอุปกรณ์ของตัวเองเป็นเวลาหกเดือน
ที่ทำให้พวกเขาแปลกใจ มันยังคงดำเนินต่อไปเรื่อยๆ โดยไม่มีข้อตำหนิ
“เรารู้สึกประทับใจกับความสม่ำเสมอของระบบทำงานเป็นเวลานาน—เราคิดว่ามันอาจจะหยุดหลังจากผ่านไปสองสามสัปดาห์ แต่มันก็ยังดำเนินต่อไป” Paolo Bombelli นักชีวเคมีเคมบริดจ์และผู้เขียน บทความเกี่ยวกับงาน นี้คนแรกกล่าว
นอกจากจะเป็นแหล่งพลังงานที่เรียบง่ายที่สร้างขึ้นจากชิ้นส่วนและวัสดุที่หาได้ง่ายแล้ว ระบบยังทำงานทั้งกลางวันและกลางคืน (ตรงกันข้ามกับพลังงานแสงอาทิตย์) ทีมงานคิดว่าสาหร่ายผลิตอาหารมากเกินไปในระหว่างวัน ดังนั้นมันจึงเคี้ยวกินอย่างมีความสุขและผลิตกระแสไฟฟ้าตลอดทั้งคืน แม้ว่าบทความนี้จะกล่าวถึงการค้นพบของพวกเขาในช่วงหกเดือนแรกนั้น แต่คอมพิวเตอร์ที่ขับเคลื่อนด้วยสาหร่ายของพวกเขาได้ทำงานอย่างต่อเนื่องเป็นเวลาหนึ่งปี (และเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ)
เป็นเคล็ดลับที่ค่อนข้างดี แต่การปรับขนาดบางอย่างก็น่าจะเป็นไปตามลำดับ ระบบผลิตกระแสไฟฟ้าในปริมาณ เล็กน้อย ชิปซึ่งเป็น Arm Cortex M0+ ที่ใช้กันทั่วไปในแอปพลิเคชัน Internet of Things จิบเพียง 0.3 ไมโครวัตต์ต่อชั่วโมงเพื่อทำการคำนวณขั้นพื้นฐาน ตามที่ The Verge ได้บันทึกไว้ ว่า หากแล็ปท็อปโดยเฉลี่ยของคุณใช้พลังงานประมาณ 100 วัตต์ต่อชั่วโมง คุณจะต้องมีเครื่องเก็บเกี่ยวพลังงานจากสาหร่ายหลายล้านเครื่องเพื่อตรวจสอบอีเมลหรือแบ่งโซนในการประชุม Zoom
แต่นักวิจัยไม่ได้กำหนดเป้าหมายไปที่แล็ปท็อป แต่พวกเขาเชื่อว่าการทำซ้ำในอนาคตจะพบแอปพลิเคชั่นเฉพาะที่ขับเคลื่อนเซ็นเซอร์และชิปธรรมดา ๆ นับพันล้านหรือล้านล้านที่สร้างขึ้นบนอินเทอร์เน็ตของสิ่งต่าง ๆ สิ่งเหล่านี้อาจใช้การวัดสภาพท้องถิ่นในสถานที่ห่างไกลหรืออาจสามารถชาร์จอุปกรณ์ขนาดเล็กได้
“[Scaling] ไม่ได้ตรงไปตรงมาอย่างสิ้นเชิง ดังนั้นการใส่มันไว้บนหลังคาของคุณจะไม่ได้จ่ายไฟให้กับบ้านของคุณในขั้นตอนนี้” คริสโตเฟอร์ ฮาว ผู้เขียนอาวุโส กล่าวกับ New Scientist “มีอะไรอีกมากที่ต้องทำในหน้านั้น แต่ [มันสามารถทำงานได้] ในพื้นที่ชนบทของประเทศที่มีรายได้น้อยและปานกลาง เช่น ในการใช้งานที่พลังงานเพียงเล็กน้อยอาจมีประโยชน์มาก เช่น เซ็นเซอร์สิ่งแวดล้อมหรือการชาร์จโทรศัพท์มือถือ”
แต่มีช่องว่างสำหรับการปรับปรุง ไซยาโนแบคทีเรียมีหลายพันสายพันธุ์ และทีมงานได้ค้นพบว่าบางชนิดมีผลผลิตที่เป็นปัจจุบันมากกว่าชนิดอื่นๆ นอกจากนี้ ในการวิจัยก่อนหน้านี้ ทีมงานได้ ดัดแปลงพันธุกรรม ไซยาโนแบคทีเรียให้ ผลิตกระแสไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น
ประโยชน์อื่นๆ จะชัดเจนขึ้นในทันที วัสดุที่จำเป็นสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ ราคาถูก และปรับขนาดได้ ในขณะที่แบตเตอรี่และเซลล์แสงอาทิตย์สกปรกในการผลิตและต้องการวัสดุที่หาได้ยาก เช่น ลิเธียมและธาตุหายาก เช่น อะลูมิเนียม พลาสติก สาหร่าย และน้ำ ซึ่งหาซื้อได้ง่ายกว่าโดยที่ไม่เป็นระเบียบ ทีมงานยังได้ทดสอบแบบจำลองของระบบการนำขวดน้ำพลาสติกทั่วไปมาใช้ซ้ำ
ความหวังคือระบบประเภทนี้สามารถทำซ้ำได้หลายแสนครั้งเพื่อขับเคลื่อนอุปกรณ์ Edge และอาจใช้งานได้ในเชิงพาณิชย์ภายในห้าปี ไม่ว่าสิ่งนั้นจะพิสูจน์ได้จริงหรือไม่นั้นยังคงต้องรอดู แต่ดูเหมือนว่าเราอาจต้องการอำนาจรูปแบบอื่นโดยไม่คำนึงถึง ทีมงานประมาณการว่าอุปกรณ์ที่ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจำนวนหลายล้านล้านเครื่องจะต้องใช้ ลิเธียมที่ผลิตได้ สามเท่าในแต่ละปี และดังที่สจ๊วต แบรนด์ เพิ่งบอกกับ The New York Times ว่า ความคืบหน้าเป็นเรื่องของ “การเพิ่มตัวเลือก”
ในกรณีใด ๆ จะไม่เหมาะหรือไม่ถ้าสิ่งมีชีวิตที่ให้อากาศที่เราหายใจเข้าไปช่วยเราวัดและรักษาให้บริสุทธิ์ด้วย?
เครดิตภาพ: Paolo Bombelli