خلية وقود تستمد طاقتها من ميكروبات التربة لتشغيل أجهزة استشعار الزراعة الذكية
باحثون في جامعة نورث وسترن يطورون خلية وقود ميكروبية بحجم الكتاب تنتج طاقةً تفوق احتياجات الحساسات بثمانية وستين ضعفاً، مستغلةً الميكروبات الطبيعية في التربة لتوليد الكهرباء دون بطاريات.
أعلن باحثون من جامعة نورث وسترن الأمريكية في أبريل 2026 عن تطوير جهاز مبتكر يحوِّل الطاقة الكامنة في ميكروبات التربة مباشرةً إلى كهرباء، مقدِّماً بديلاً مستداماً للبطاريات التقليدية في تشغيل أجهزة الاستشعار اللاسلكية المدفونة تحت سطح الأرض لمراقبة صحة التربة ودعم الزراعة الدقيقة.
تعمل خلية الوقود الميكروبية الجديدة وفق مبدأ بسيط في جوهره: تستغل التفاعلات الكيميائية التي تنفذها الكائنات الدقيقة الحية أثناء تحليل المواد العضوية في التربة لاستخلاص إلكترونات وتوجيهها عبر دائرة كهربائية. الجهاز بحجم الكتاب يضم قطباً سالباً أفقياً مصنوعاً من ألياف الكربون يوضع تحت السطح، وقطباً موجباً عمودياً يمتد نحو سطح التربة.
هذا الترتيب الهندسي المتعامد هو جوهر الابتكار: الوضع الأفقي للقطب السالب يعني تلامساً أوسع مع الميكروبات والمواد العضوية، فيما يضمن القطب الموجب العمودي وصولاً مستمراً للأكسجين من الهواء الجوي دون تعطيل البنية المسامية الدقيقة للتربة. وقد حلَّ هذا التصميم إشكالية كانت تعاني منها خلايا الوقود الميكروبية السابقة وهي صعوبة الحفاظ على رطوبة التربة ومستوى كافٍ من الأكسجين في آنٍ واحد.
أظهرت التجارب أن النموذج الأولي ينتج طاقةً تفوق احتياجات حساساته بثمانية وستين ضعفاً، ويعمل بكفاءة في ظروف متباينة جداً: من التربة الجافة ذات نسبة رطوبة 41% إلى التربة الغارقة كلياً في المياه. ويتفوق الجهاز على نظيراته السابقة في العمر الافتراضي بنسبة 120%.
تبرز الأهمية الحقيقية لهذا الإنجاز حين ندرك الحجم الهائل لمنظومة الزراعة الدقيقة التي تتوسع بسرعة حول العالم: آلاف الحساسات المدفونة في الحقول لقياس رطوبة التربة ودرجة حرارتها ومستوى النيتروجين والحموضة وغيرها، وكل هذه الحساسات تحتاج إلى مصدر طاقة مستمر. البطاريات التقليدية تحتوي على مواد سامة، تتدهور في درجات الحرارة القصوى، وتحتاج إلى استبدال دوري يكلِّف جهداً وموارد.
في المقابل، تستمد خلية الوقود الميكروبية طاقتها من البيئة الحية المحيطة بها نفسها، وهي مصدر لا ينضب طالما التربة حية. ويعمل الفريق البحثي على الانتقال بالتصميم نحو توافق أكمل مع معايير إنترنت الأشياء لإرسال بيانات الحساسات لاسلكياً، مما قد يجعل هذا الجهاز عنصراً أساسياً في شبكات المزارع الذكية التي يراهن عليها مستقبل الأمن الغذائي العالمي.
المزيد من أجهزة
تفتّت كويكب قبل 800 مليون سنة أشعل موجة قصف كونية طالت الأرض والقمر والمريخ
دراسة من معهد ساوث ويست تربط تفتّت كويكب أولاليا منذ 800 مليون سنة بموجة قصف كونية واسعة أصابت الأرض والقمر والمريخ، متزامنةً مع حقبة تبريد حاد وتحولات بيولوجية مثيرة.
أضخم حدث بركاني في تاريخ الأرض غيّر تركيبة قشرة المحيط من أعماقها
دراسة يابانية تكشف باستخدام الموجات الزلزالية أن البركانية الهائلة التي شكّلت هضبة أونتونج جاوا قبل 110 ملايين سنة أعادت تركيب الصفيحة المحيطية كيميائياً وفيزيائياً عبر عملية إعادة تخصيب.
دراسة: المحليات الاصطناعية بكثرة تُسرّع التدهور المعرفي بما يعادل عام ونصف
بحث يتابع نحو 13 ألف شخص لثماني سنوات يُثبت ارتباط الاستهلاك المرتفع للمحليات الاصطناعية كالأسبارتام والإريثريتول بتراجع أسرع في الذاكرة والتفكير، بفارق يُقدَّر بـ1.6 سنة من شيخوخة الدماغ.
علماء يكشفون طبيعة النيزك الذي أنهى عصر الديناصورات قبل 66 مليون سنة
دراسة دولية تُحدّد نوع النيزك الذي أسفر عن الانقراض الجماعي للديناصورات مُشيرةً إلى أنه كوندريت كربوني نادر، وأن الغبار والحطام لا الكبريت كان السلاح الأفتك في تلك الكارثة الكونية.
تلسكوب جيمس ويب يرصد كيف يتغذّى الثقب الأسود الهائل بصور غير مسبوقة
تلسكوب جيمس ويب يُقدّم أوضح صورة حتى الآن لآلية تغذية الثقب الأسود الهائل في مجرة NGC 4696 كاشفاً عن قرص دوران عملاق وخيوط غازية تُعيد تدوير المادة في دورة كونية مغلقة.
محليات اصطناعية: تأثيرات مفاجئة على بكتيريا الأمعاء وتفاعلات مع الأدوية
دراسة كامبريدج تكشف أن ثلاثة أرباع المحليات الاصطناعية المُختبرة تؤثر على نمو البكتيريا المعوية، مع رصد أكثر من مائة تفاعل جديد حين تُمزج بمنتجات شائعة وأدوية معتمدة.