Internet of Things IoT, aunque todavía está en pañales, está dando forma al futuro de muchas industrias y también afectará nuestra vida cotidiana de manera significativa. Uno de los desafíos clave para trasladar los dispositivos IoT del concepto a la realidad es teneroperación duradera bajo fuentes de energía fuertemente restringidas, lo que exige una eficiencia energética extrema.Los dispositivos IoT, como los sensores, a menudo se implementan a gran escala y en lugares que generalmente son remotos y difíciles de mantener regularmente, lo que hace quesuficiencia esencial.
Actualmente, las baterías en los dispositivos IoT son mucho más grandes y hasta tres veces más caras que el chip único que alimentan. Su tamaño está determinado por la vida útil del nodo del sensor, lo que afecta directamente la frecuencia con la que deben cambiarse. Esto tiene una importancia importanteteniendo en cuenta el costo de mantenimiento y el impacto en el medio ambiente cuando se eliminan las baterías. Para extender la vida útil general, la batería generalmente se recarga lentamente mediante la recolección de energía limitada del medio ambiente, como el uso de una célula solar. Sin embargo, los dispositivos IoT existentes no pueden funcionar sinbatería y las baterías pequeñas se descargan completamente con mayor frecuencia. Por lo tanto, la miniaturización de la batería a menudo resulta en una operación altamente discontinua de los dispositivos IoT, ya que dejan de funcionar cada vez que la batería se queda sin energía.
Para abordar esta brecha tecnológica, un equipo de ingenieros de la Universidad Nacional de Singapur NUS ha desarrollado un innovador microchip, llamado BATLESS, que puede continuar funcionando incluso cuando la batería se quede sin energía. BATLESS está diseñado con una novelatécnica de administración de energía que le permite iniciarse automáticamente y continuar funcionando bajo luz tenue sin ayuda de la batería, utilizando una celda solar muy pequeña en el chip. Este avance en la investigación reduce sustancialmente el tamaño de las baterías requeridas para alimentar los nodos del sensor IoT, haciéndolos10 veces más pequeño y más barato de producir. El avance se presentó en la Conferencia Internacional de Circuitos de Estado Sólido ISSCC 2018 en San Francisco, el principal foro mundial para presentar avances en circuitos de estado sólido y sistemas en un chip.
El líder del equipo de investigación de NUS, el profesor asociado Massimo Alioto del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Facultad de Ingeniería de NUS, dijo: "Hemos demostrado que las baterías utilizadas para dispositivos IoT pueden reducirse sustancialmente, ya que no siemprenecesita estar disponible para mantener una operación continua. Abordar este problema fundamental es un avance importante hacia la visión final de los nodos de sensores IoT sin el uso de baterías, y allanará el camino para un mundo con un billón de dispositivos IoT ".
operar sin batería
La indiferencia de la batería es la capacidad de los dispositivos IoT para continuar las operaciones, incluso cuando la batería está agotada. Se logra operando en dos modos diferentes: energía mínima y energía mínima. Cuando la energía de la batería está disponible, el chip funcionaen modo de energía mínima para maximizar la vida útil de la batería. Sin embargo, cuando la batería se agota, el chip cambia al modo de energía mínima y funciona con un consumo de energía pequeño de aproximadamente medio nanovatio, esto es aproximadamente mil millones de veces más pequeño queel consumo de energía de un teléfono inteligente durante una llamada telefónica. La energía puede ser proporcionada por una célula solar en chip muy pequeña que tiene aproximadamente medio milímetro cuadrado de área, u otras formas de energía disponibles del medio ambiente, como la vibración o el calor.
La capacidad del chip para cambiar entre energía mínima y modo de potencia mínima se traduce en una miniaturización agresiva de las baterías desde centímetros hasta unos pocos milímetros. El microchip BATLESS permite la capacidad poco común de detectar, procesar, capturar y marcar eventos de interés de forma ininterrumpida, y paradichos datos valiosos se transmitirán de forma inalámbrica a la nube cuando la batería vuelva a estar disponible. A pesar de estar en modo de potencia mínima cuando la batería no está disponible, la velocidad reducida del microchip sigue siendo adecuada para numerosas aplicaciones de IoT que necesitan detectar parámetros que varíanlentamente en el tiempo, incluyendo temperatura, humedad, luz y presión. Entre muchas otras aplicaciones, BATLESS es muy adecuado para edificios inteligentes, monitoreo ambiental, gestión de energía y adaptación de espacios habitables a las necesidades de los ocupantes.
Assoc Prof Alioto agregó, "BATLESS es el primer ejemplo de una nueva clase de chips que son indiferentes a la disponibilidad de carga de la batería. En el modo de potencia mínima, utiliza 1,000 a 100,000 veces menos energía, en comparación con los mejores microcontroladores existentes diseñados paraoperación de energía mínima fija. Al mismo tiempo, nuestro microcontrolador de 16 bits también puede operar 100,000 veces más rápido que otros que han sido diseñados recientemente para operación de energía mínima fija. En resumen, el microchip BATLESS cubre un rango muy amplio de energía posible., potencia y velocidad, según lo permita la flexibilidad ofrecida a través de los dos modos diferentes ".
Autoencendido sin batería
BATLESS también está equipado con una nueva técnica de administración de energía que permite que las operaciones se inicien automáticamente, mientras se alimenta directamente de la pequeña célula solar en el chip, sin asistencia de batería. El equipo demostró esto con una luz interior de 50 luxintensidad, que es equivalente a la tenue luz disponible en el crepúsculo, y corresponde a nanovatios de potencia. Esto hace que BATLESS sea indiferente a la disponibilidad de la batería, abordando un desafío previamente no resuelto en chips sin batería.
Próximos pasos
El equipo de ingeniería de NUS ahora está explorando nuevas soluciones para construir sistemas completos de baterías indiferentes que cubren toda la cadena de señal desde el sensor hasta las comunicaciones inalámbricas, expandiendo así el trabajo actual en microcontroladores y administración de energía.
El equipo de investigación tiene como objetivo demostrar una solución que reduce la batería a milímetros, con el objetivo a largo plazo de eliminar por completo la necesidad de hacerlo. Este será un paso importante hacia la realización de la visión de IoT en todo el mundo, y también hacer que nuestroplaneta más verde e inteligente.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad Nacional de Singapur . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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