Los ingenieros eléctricos de la Universidad de California en San Diego han desarrollado un sensor de temperatura que funciona con solo 113 picowatts de potencia: 628 veces menor que el estado de la técnica y aproximadamente 10 mil millones de veces más pequeño que un vatio.-el sensor de temperatura de potencia podría extender la vida útil de la batería de dispositivos portátiles o implantables que monitorean la temperatura corporal, los sistemas de monitoreo doméstico inteligente, los dispositivos de Internet de las cosas y los sistemas de monitoreo ambiental.
La tecnología también podría permitir una nueva clase de dispositivos que pueden ser alimentados mediante la recolección de energía de fuentes de baja potencia, como el cuerpo o el entorno circundante, dijeron los investigadores. El trabajo fue publicado en Informes científicos el 30 de junio
"Nuestra visión es hacer dispositivos portátiles que sean tan discretos, tan invisibles que los usuarios prácticamente no se den cuenta de que están usando sus dispositivos portátiles, haciéndolos 'imposibles de usar'. Nuestra nueva tecnología de energía casi cero podría algún día eliminar la necesidadpara cambiar o recargar una batería ", dijo Patrick Mercier, profesor de ingeniería eléctrica en la Escuela de Ingeniería Jacobs de la Universidad de California en San Diego y autor principal del estudio.
"Estamos construyendo sistemas que tienen requisitos de energía tan bajos que podrían funcionar durante años con una batería muy pequeña", dijo Hui Wang, un estudiante de doctorado en ingeniería eléctrica en el laboratorio de Mercier y el primer autor del estudio.
La construcción de dispositivos electrónicos miniaturizados de potencia ultrabaja es el tema del laboratorio de microsistemas energéticamente eficientes de Mercier en UC San Diego. Mercier también se desempeña como codirector del Centro de sensores portátiles en UC San Diego. Una gran parte de su grupoel trabajo se enfoca en aumentar la eficiencia energética de las partes individuales de un circuito integrado para reducir la necesidad de energía del sistema en su conjunto.
Un ejemplo es el sensor de temperatura que se encuentra en dispositivos de salud o termostatos inteligentes. Si bien el requisito de potencia de los sensores de temperatura de última generación se ha reducido a tan solo decenas de nanowatts, el desarrollado por el grupo de Mercier funciona solo113 picowatts - 628 veces menor potencia.
Potencia minimizadora
Su nuevo enfoque implica minimizar la potencia en dos dominios: la fuente actual y la conversión de temperatura a una lectura digital.
Los investigadores construyeron una fuente de corriente de potencia ultrabaja utilizando los denominados transistores de "fuga de compuerta": transistores en los que pequeños niveles de corriente se filtran a través de la barrera electrónica o la compuerta. Los transistores generalmente tienen una compuerta que puede encenderse y apagarseel flujo de electrones. Pero a medida que el tamaño de los transistores modernos continúa disminuyendo, el material de la puerta se vuelve tan delgado que ya no puede bloquear la fuga de electrones, un fenómeno conocido como efecto de túnel cuántico.
La fuga de compuerta se considera problemática en sistemas como microprocesadores o circuitos analógicos de precisión. Aquí, los investigadores se están aprovechando de esto, están utilizando estos niveles minúsculos de flujo de electrones para alimentar el circuito.
"Muchos investigadores están tratando de deshacerse de la corriente de fuga, pero la estamos explotando para construir una fuente de corriente de energía ultra baja", dijo Hui.
Utilizando estas fuentes de corriente, los investigadores desarrollaron una forma de digitalizar la temperatura con menos consumo de energía. Este proceso normalmente requiere pasar corriente a través de una resistencia, su resistencia cambia con la temperatura, luego mide el voltaje resultante y luego convierte ese voltaje a sutemperatura correspondiente utilizando un convertidor analógico a digital de alta potencia.
En lugar de este proceso convencional, los investigadores desarrollaron un sistema innovador para digitalizar la temperatura directamente y ahorrar energía. Su sistema consta de dos fuentes de corriente de potencia ultra baja: una que carga un condensador en una cantidad fija de tiempo, independientemente de la temperatura, y otraque se carga a un ritmo que varía con la temperatura: más lento a temperaturas más bajas, más rápido a temperaturas más altas.
A medida que cambia la temperatura, el sistema se adapta para que la fuente de corriente dependiente de la temperatura se cargue en la misma cantidad de tiempo que la fuente de corriente fija. Un circuito de retroalimentación digital incorporado iguala los tiempos de carga al volver a conectar la fuente de corriente dependiente de la temperaturaa un condensador de un tamaño diferente: el tamaño de este condensador es directamente proporcional a la temperatura real. Por ejemplo, cuando la temperatura cae, la fuente de corriente dependiente de la temperatura se cargará más lentamente, y el circuito de retroalimentación se compensa al cambiar a una temperatura menor.condensador, que dicta una lectura digital particular.
El sensor de temperatura está integrado en un pequeño chip que mide 0.15 × 0.15 milímetros cuadrados de área. Funciona a temperaturas que van desde menos 20 C a 40 C. Su rendimiento es bastante comparable al del estado de la técnica incluso a casilos investigadores dijeron que una potencia cero es que el sensor tiene un tiempo de respuesta de aproximadamente una actualización de temperatura por segundo, que es ligeramente más lento que los sensores de temperatura existentes. Sin embargo, este tiempo de respuesta es suficiente para los dispositivos que operan en el cuerpo humano,Los investigadores dijeron que los hogares y otros entornos donde la temperatura no fluctúa rápidamente.
En adelante, el equipo está trabajando para mejorar la precisión del sensor de temperatura. El equipo también está optimizando el diseño para que pueda integrarse con éxito en dispositivos comerciales.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :