Современная электроника №5/2024

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 14 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 5 / 2024 незначительную силу тока и разность потенциалов в разных средах , не было возможности передавать энергию на расстоянии беспроводным способом . Все эти и некоторые другие факторы притормаживали развитие известных теперь технологий . Так , со временем изменилась концепция практичного и надёжного MFC для грунтов и ила , насы - щенных микроэлементами со свойства - ми биоразложения ( рис . 4). Испытания проводились на болоте , в чистой воде ( реакция микроорганизмов в донном иле с притоком воздуха , обеспечивае - мым устройством ), в песчаной почве , в грунте с разными значениями влаж - ности и с разным химическим составом , а также в компосте со сроком хранения более двух лет . Результаты эксперимен - тов в открытом доступе не опубликова - ны , однако активно используются раз - работчиками технологии . Технические подробности разработки Команда исследователей Северо - западного университета (Norhtwtstern University, г . Эванстон , шт . Иллинойс , США ) в январе 2024 года презентова - ла результаты исследований в качестве источника питания нового элемента , основанного на преобразовании энер - гии – продукта естественной деятель - ности микроорганизмов , обитающих в почве [5–8]. Говоря упрощённо , это новый топливный элемент , собираю - щий энергию из микробов , живущих в грязи . К настоящему времени по состо - янию на апрель 2024 года успешные испытания прошли уже три версии таких источников электропитания для маломощной РЭА ( рис . 5). Новый топливный элемент представляет аль - тернативу традиционным батареям , содержащим вредные и опасные хими - ческие вещества , загрязняющие почву , и способствующим проблеме электрон - ных отходов . Согласно пресс - релизу исследователей , прототип биоэлектро - генератора продемонстрировал неожи - данно выдающуюся эффективность как во влажных , так и в « сухих » условиях . В среднем полученный топливный эле - мент генерировал в 68 раз больше энер - гии , чем необходимо для работы элек - тронных датчиков , диагностирующих ( считывающих ) его изменяемые тех - процессы ( состояние ). Корпус элемента достаточно прочный , чтобы выдержи - вать значительные изменения влаж - ности почвы — от условно сухой (41% влажности ) до погружённой в воду [6]. Помимо эмпирически доказанных возможностей питания электронных датчиков микроформата , контроли - рующих влажность почвы , исследо - ватели успешно использовали новый топливный элемент как сенсор , реаги - рующий на прикосновения , что может оказаться перспективно незаменимой разработкой для отслеживания движе - ния животных . Для обеспечения бес - проводной связи установлена миниа - тюрная антенна , передающая данные на базовую станцию - микроконтроллер . На рис . 6 представлен внешний вид конструкции , созданной в лаборатор - ных условиях , а на рис . 7 – вид гене - ратора MFC, извлечённого непосред - ственно из почвы после проведения испытаний . Чтобы протестировать новый топливный элемент , исследо - ватели использовали его для пита - ния датчиков , измеряющих влажность почвы и обнаруживающих прикосно - вение . Это может быть полезно для отслеживания животных , в том чис - ле в аргументации , рассмотренной выше , – для пользы фермеров и в целом сотрудников АПК . Чтобы обе - спечить беспроводную связь , иссле - дователи оснастили электронный датчик с питанием от этого биогене - ратора антенной для передачи данных на контроллер в 20 метрах от датчика путём отражения радиочастотных сиг - налов . В результате эксперимента уда - лось добиться мощности топливного электрического элемента , превосходя - щей аналогичные , созданные по услов - но устаревшей технологии , на 120% [7]. Исследование , опубликованное в жур - налах «Proceedings of the Association for Computing Machinery on Interactive», «Mobile», «Wearable and Ubiquitous Technologies», не только представля - ет новейшие технологические дости - жения , но также связано с концепци - ей химической технологии , названной « числом Дамкелера ». Это мера скоро - сти протекания химических реакций по сравнению со скоростью , с которой исходный материал транспортируется к месту реакции [9]. На рис . 8 – ведущий исследователь Билл Йен в лаборатории университе - та Northwestern. Любопытно , что тако - вы результаты работы « всего лишь » недавнего выпускника университета , а исследования проводились под науч - ным руководством доцента кафедры гражданского и экологического стро - ительства , доктора Джорджа Уэллса . Он же обладатель патента США (2011) « Микробное производство закиси азо - та в сочетании с химической реакцией газообразной закиси азота ». Состав и принцип действия инновационного MFC Свойства грунта в разных местах неодинаковы , однако именно почва является верхним слоем земной коры , состоящим из различных минера - лов , частиц органической материи , Рис . 4. MFC для грунтов и ила , насыщенных микроэлементами со свойствами биоразложения Рис . 5. Конструкция источников электропитания для маломощной РЭА Мембрана Крышка Корпус Анод Батарея в сборе Держатель Клипсы Катод