Дослідники з Національного університету Сінгапуру спільно з вченими з Університету Тохоку в Японії та Університету Мессіни в Італії розробили бездротову технологію, що дозволяє отримувати живлення для малопотужних пристроїв із радіосигналів та сигналів Wi-Fi. Промислове використання цього відкриття може потенційно знизити залежність віддалених малопотужних пристроїв від акумуляторів або зовнішнього живлення.

Розроблені вченими модулі збору радіочастотної енергії (energy harvesting module, EHV) перетворять радіочастотні сигнали, які дослідники називають «відходами енергії», на постійний струм. Ця технологія допомагає отримувати енергію з радіосигналів, що може бути використане для живлення малопотужних пристроїв, таких як датчики температури.

Дослідники розповіли, що їм удалося оптимізувати спін-випрямлячі для роботи на низьких рівнях потужності радіосигналів, доступних у навколишньому середовищі. Потім вони інтегрували масив таких спін-випрямлячів у модуль збору енергії, забезпечивши живлення світлодіода та комерційного датчика при потужності сигналу нижче -20 дБм.

Довідка: децибел (дБ) – відношення потужності виміряного сигналу до базової потужності. дБм — той самий дБ, але за основу приймається сигнал потужністю 1 міліват (мВт).

В даний час комерційне використання нової технології обмежується конструкцією традиційних випрямлячів через термодинамічні обмеження при низькій потужності. Рішенням може стати спін-випрямляч (SR), створений за допомогою нанотехнологій, який забезпечить оптимальне перетворення бездротового сигналу на постійний струм. Це дозволить збирати електроенергію з навколишніх радіохвиль у діапазоні потужностей від -62 до -20 дБм. Дослідники також вивчають можливість інтеграції антени на чіп підвищення ефективності.

Численні дослідження технології збору радіочастотної енергії (RF-EH) говорять про те, що збирання енергії можливе з радіосигналів LTE, DTV, GSM, WLAN, HIPERLAN і C-Band, які зазвичай використовуються в міських та приміських районах. Реалізація нової технології допоможе ефективно отримувати енергію з радіосигналів, використовувати її для живлення різноманітних датчиків та створювати нові типи пристроїв для комерційного, наукового та медичного застосування.

Дослідники наголосили, що розроблена ними технологія допомагає знизити залежність від акумуляторів, зменшити вплив на навколишнє середовище, продовжити термін служби пристроїв та створити нові типи бездротових сенсорних мереж та пристроїв Інтернету речей. Джерело

Вчені з Університету штату Монтана надали перші експериментальні докази того, що дві нещодавно виявлені групи мікробів у термальних об’єктах Єллоустонського національного парку виробляють метан. Це новаторське відкриття одного разу може допомогти розробити методи пом’якшення зміни клімату та запропонувати розуміння потенційного життя в інших частинах нашої Сонячної системи.

Журнал Nature опублікував результати лабораторії Роланда Хаценпіхлера, доцента кафедри хімії та біохімії МДУ в Коледжі літератури та науки та заступника директора Інституту термічної біології університету. У двох наукових статтях описується перевірка дослідниками МДУ перших відомих прикладів одноклітинних організмів, які виробляють метан, які існують поза родоводом Euryarchaeota, який є частиною більшої гілки дерева життя під назвою Archaea.

Елісон Гармон, віце-президент МДУ з досліджень та економічного розвитку, сказала, що вона рада, що відкриття з таким далекосяжним потенційним впливом привертають увагу, на яку вони заслуговують.

«Для Університету штату Монтана є значним досягненням опублікувати не одну, а дві статті в одному з провідних наукових журналів світу», — сказав Хармон.

Одноклітинні організми, що виробляють метан, називаються метаногенами. У той час як люди та інші тварини їдять їжу, вдихають кисень і видихають вуглекислий газ, щоб вижити, метаногени поїдають невеликі молекули, такі як вуглекислий газ або метанол, і видихають метан. Більшість метаногенів є суворими анаеробами, тобто вони не можуть вижити в присутності кисню.

З 1930-х років вчені знали, що багато анаеробних організмів в археях є метаногенами, і протягом десятиліть вони вважали, що всі метаногени належать до одного типу: Euryarchaeota.

Але приблизно 10 років тому мікроби з генами метаногенезу почали виявляти в інших типах, включаючи один під назвою Thermoproteota. Цей тип містить дві мікробні групи, які називаються Methanomethylicia та Methanodesulfokora.

«Все, що ми знали про ці організми, — це їх ДНК », — сказав Хаценпіхлер. «Ніхто ніколи не бачив клітини цих передбачуваних метаногенів; ніхто не знав, чи вони насправді використовували свої гени метаногенезу, чи вони вирощували якимось іншим способом.

Експериментальне підтвердження та виробництво метану

Хаценпіхлер і його дослідники вирішили перевірити, чи живуть ці організми шляхом метаногенезу, спираючись на результати дослідження, опублікованого минулого року одним із його колишніх аспірантів МДУ Маккензі Лайнс.

Зразки були зібрані з відкладень у гарячих джерелах Єллоустонського національного парку з температурою від 141 до 161 градуса за Фаренгейтом (61–72 градуси за Цельсієм ).

Завдяки тому, що Хатценпіхлер назвав «кропіткою роботою», докторант МДУ Ентоні Котц і докторант Віола Крукенберг виростили в лабораторії мікроби Йеллоустоун. Мікроби не тільки вижили, але й процвітали – і вони виробляли метан. Потім команда працювала, щоб охарактеризувати біологію нових мікробів, залучаючи штатного вченого Закарі Джея та інших співробітників ETH Zurich.

Одночасно дослідницька група під керівництвом Лея Чена з Інституту біогазу Китаю Міністерства сільського господарства та сільських справ і Діани Соуза з Університету Вагенінгена в Нідерландах успішно виростила ще один із цих нових метаногенів, над яким вони працювали шість років. років.

«До наших досліджень над цими мікробами не проводилося жодної експериментальної роботи, окрім секвенування ДНК», — сказав Хаценпіхлер.

Він сказав, що Ченг і Соуза запропонували подати дослідження разом для публікації, і стаття Ченга, в якій повідомляється про ізоляцію ще одного члена Methanomethylicia, була опублікована спільно з двома дослідженнями лабораторії Hatzenpichler.

У той час як одна з нещодавно ідентифікованих груп метаногенів, Methanodesulfokora, здається, обмежена гарячими джерелами та глибоководними гідротермальними джерелами, Methanomethylicia, є широко поширеними, сказав Хатценпіхлер. Іноді їх можна знайти в очисних спорудах і травному тракті жуйних тварин, а також у морських відкладеннях, ґрунтах і заболочених угіддях. Хатценпіхлер сказав, що це важливо, оскільки метаногени виробляють 70% метану у світі, газу, який у 28 разів сильніший за вуглекислий газ у вловлюванні тепла в атмосфері, згідно з даними Агентства з охорони навколишнього середовища США.

«Рівень метану зростає набагато швидше, ніж вуглекислий газ, і люди викачують метан в атмосферу з більшою швидкістю, ніж будь-коли раніше», — сказав він.

Хатценпіхлер сказав, що хоча експерименти дали відповідь на важливе питання, вони породили багато інших, які будуть стимулювати майбутню роботу. Наприклад, вчені ще не знають, чи Methanomethylicia, які живуть у неекстремальних середовищах, покладаються на метаногенез для зростання чи вони ростуть іншими способами.

«На мою думку, іноді вони ростуть, виробляючи метан, а іноді вони роблять щось зовсім інше, але ми не знаємо, коли вони ростуть, як і чому», — сказав Хаценпіхлер. «Тепер нам потрібно з’ясувати, коли вони сприяють кругообігу метану, а коли ні».

У той час як більшість метаногенів у Euryarchaeota використовують CO ₂ або ацетат для отримання метану, Methanomethylicia та Methanodesulfokora використовують такі сполуки, як метанол. Ця властивість може допомогти вченим навчитися змінювати умови в різних середовищах, де вони знаходяться, щоб менше метану викидалося в атмосферу, сказав Хаценпіхлер.

Майбутні напрямки досліджень та унікальні властивості метаногенів

Його лабораторія почне співпрацювати цієї осені з сільськогосподарською дослідно-навчальною фермою Бозмана МДУ, яка надасть зразки для подальших досліджень метаногенів, виявлених у великій рогатій худобі. Крім того, нові аспіранти, які приєднаються до лабораторії Хаценпіхлера восени, визначать, чи виробляють нещодавно знайдені археї метан у стічних водах, ґрунті та заболочених угіддях.

Метанометиліції також мають захоплюючу клітинну архітектуру, сказав Хаценпіхлер. Він співпрацював із двома вченими з ETH Zurich, Мартіном Пілхофером та аспірантом Ніколаєм Петросяном, щоб показати, що мікроб утворює раніше невідомі міжклітинні трубки, які з’єднують дві або три клітини одна з одною.

«Ми поняття не маємо, навіщо вони їх формують. Подібні структури рідко зустрічаються у мікробів. Можливо, вони обмінюються ДНК; можливо, вони обмінюються хімікатами. Ми ще не знаємо», — сказав Хаценпіхлер.

Нещодавно опубліковане дослідження було профінансовано програмою екзобіології NASA. NASA зацікавлене в метаногенах, тому що вони можуть дати уявлення про життя на Землі понад 3 мільярди років тому та про потенціал життя на інших планетах і супутниках, де був виявлений метан, сказав він.