自微生物燃料电池诞生以来，这项历经一个多世纪的技术持续发展并展现出巨大的潜力。近日，美国西北大学研究团队在这一领域取得了突破性进展，他们巧妙地将微生物燃料电池与低功耗电路相结合，研发出了一种全新的土壤微生物燃料电池（Soil Microbial Fuel Cells, SMFC）。这种电池的独特之处在于，它能完全从土壤中的微生物活动获取能量，并为传感器、通信设备以及农业应用提供源源不断的动力（颜士能，来源：Proceedings of the ACM on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies）。
值得注意的是，土壤微生物燃料电池对环境条件具有极高的适应性，即使在干湿变化的土壤环境中也能稳定工作，其输出功率甚至比同类技术高出120%。相比传统电池和其他能量收集技术，SMFC不仅能够由全生物降解材料制成，还具备更低的毒性及更小的环境影响，彰显出显著的优势（来源同上）。
通过精心设计和操作，土壤微生物燃料电池有望成为驱动土壤中计算应用的理想电源解决方案。在环境监测方面，该技术可实现实时部署于土壤中，用于生态系统雨水管理、环境保护等实时数据采集；而在绿色基础设施和精准农业领域，它则提供了独立且环保的新型能源，有力推动无线传感器网络、土壤湿度监测的发展，从而实现精准农业并大幅提升农作物产量（图示：土壤微生物燃料电池，来源：颜士能）。
此外，土壤微生物燃料电池对于解决无线传感器网络供电问题也展现出了前所未有的可能性。论文第一、现斯坦福大学博士研究生颜士能表示：“我们期待在城市各处布设大量传感器，以实现基于数据驱动的政策决策。”然而，目前这些设备受限于电网覆盖地区，而对于关键的绿色基础设施如雨水管理系统而言，太阳能电池板因容易被泥土覆盖而失效，导致无法实施智能技术。颜士能及其团队的研究重点正是改进土壤微生物燃料电池的设计，使其能在低湿度条件下稳定运行，切实从土壤微生物活动中提取能量，作为一种真正意义上的可再生能源，在传统电池和太阳能电池局限的情况下发挥重要作用（来源：Proceedings of the ACM on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies）。
在COVID-19大流行期间启动的这项研究，经历了种种困难后终见成果。颜士能回忆道，在大学禁止本科生进入实验室期间，他甚至尝试在家中的地下室进行实验。最终，这篇题为《土壤驱动计算：工程师实用土壤微生物燃料电池设计指南》的论文发表在《Proceedings of the ACM on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies》上，颜士能为第一，共同通讯包括西北大学乔治·威尔斯副教授与美国佐治亚理工学院乔赛亚·赫斯特副教授（来源：颜士能）。
审稿人对该研究给予高度评价，认为利用土壤作为传感器能源极具前景，且该研究的开源设计将成为新兴领域的标志性案例和总结。目前，颜士能已加入斯坦福大学电气工程专业攻读博士学位，专注于低功耗传感和无线通信研究。未来，课题组计划进一步研发可降解化的整套设备（包括燃料电池和电子设备），旨在减少电子垃圾产生并推进现有基础设施智能化。“我们已经公开了所有设计、模拟软件和开源资源，希望通过这项研究激发更多科研人员探索土壤微生物燃料电池作为能源的可能性。”颜士能满怀信心地表示。
