Обычно на станциях экологического мониторинга используют множество датчиков, размещенных на большой территории, поэтому обеспечивать такие станции энергией сложно. Устройство петербургских ученых работает автономно, может передавать информацию с датчиков на расстояние около 10 километров и не требует частой замены аккумуляторов: энергию в батареях производят микроорганизмы, главное — обеспечить их комфортными условиями и едой.
Система состоит из биоаккумулятора, модуля обработки информации и устройства передачи данных. Батарея представляет собой герметичную камеру, заполненную почвой. Генерация энергии идет за счет метаболизма почвенных микроорганизмов в специальных микробных топливных элементах. Бактерии едят органику (например, сахара в почве) и выделяют отходы жизнедеятельности, которые содержат электроны. Они «бегут» по проводам и попадают на устройство, электроды которого погружены в почву.
Электрический ток получается слабым — напряжением всего 0,4 вольта. Ученые пытались увеличить размеры батарей, но к значительному увеличению напряжения это не привело. Поэтому энергию приходится накапливать в системе. Когда напряжение достигает 3 вольт, включается микроконтроллер. Он считывает данные с датчиков и отправляет их по радиосвязи оператору. Затем цикл повторяется: бактерии питаются, заряд накапливается, микроконтроллер включается.
По словам разработчиков, система сможет работать без обслуживания годами. Главное ограничение — температура окружающей среды: если воздух охладится ниже минус 15 градусов, бактерии станут менее активными, и генерация будет идти значительно медленнее. Поэтому устройство лучше подойдет для теплых регионов или для использования летом. С помощью нее можно будет собирать данные об атмосферном давлении, влажности, температуре, концентрациях веществ с удаленных или больших территорий — например, заповедников или сельхозугодий.
Систему протестировали на грунтах болотистой местности. Ученые ведут переговоры о внедрении разработки.
