Por décadas, los investigadores han estado buscando una batería mejor. Ahora, un equipo internacional presenta una nueva y audaz solución:deshacerse de la batería por completo.

Dirigido por la Universidad Northwestern y la Universidad Tecnológica de Delft (TU Delft) en los Países Bajos, Los investigadores han diseñado y desarrollado un nuevo sistema que permite a los dispositivos sin batería mantener el tiempo durante cortes de energía intermitentes. resolver un problema crítico que ha frenado la investigación en el campo.

Muchos pequeños Los dispositivos de Internet de las cosas (IoT) sin batería podrían funcionar recolectando energía ambiental, como solar, potencia cinética y térmica. Si se adopta completamente, El uso de estos dispositivos evitaría que billones de baterías usadas ingresen a los vertederos. Pero debido a que cambian entre fuentes de energía, Los dispositivos sin batería experimentan notoriamente frecuentes, breves pérdidas de potencia.

"Naturalmente, quitar las pilas tiene consecuencias, "dijo Przemyslaw Pawelczak de TU Delft, quien codirigió la investigación. "Significa tener menor capacidad de almacenamiento y menor confiabilidad. La energía recolectada del medio ambiente no siempre es predecible".

"Hemos adoptado esto y hemos construido un sistema que une períodos de ejecución fragmentados, "dijo Josiah Hester de Northwestern, quien codirigió la investigación. "Creamos un sistema personalizado que realiza un seguimiento confiable del tiempo a pesar de las numerosas fallas de energía e interrupciones de cualquier dispositivo de IoT".

Hester y Pawelczak presentaron su trabajo virtualmente esta primavera en la reunión anual de Architectural Support for Programming Languages ​​and Operating Systems (ASPLOS) 2020. El equipo presentó dos artículos:uno que describe el hardware para el novedoso circuito de cronometraje y otro que demuestra que el circuito se puede utilizar para convertir dispositivos que funcionan con batería en dispositivos sin batería.

Hester es profesora asistente de ciencias de la computación e ingeniería eléctrica e informática en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern. Pawelczak es profesor asistente en el Laboratorio de software integrado de TU Delft.

El tiempo está de nuestro lado

El cronometraje es uno de los recursos más importantes para cualquier sistema informático. Detrás de casi todos los servicios del sistema y características de seguridad, El cronometraje ayuda a la computadora a realizar un seguimiento de las aplicaciones en ejecución. La mayoría de la gente, sin embargo, sólo observe la función de indicación de la hora cuando deja de funcionar.

Si alguna vez ha perdido energía mientras trabajaba en su computadora, por ejemplo, entonces conoce la agonía de intentar reiniciar el sistema. La computadora puede tardar varios minutos en reiniciarse, ya que debe recordar dónde lo dejó y ejecutar una lista de operaciones. Y luego, incluso cuando la computadora está funcionando nuevamente, cualquier trabajo que no se haya salvado podría perderse.

Si esto sucediera cada vez que un pequeño dispositivo de IoT, como un reloj inteligente, rastreador de fitness, cámara de seguridad, termostato inteligente o sensor médico:se perdió brevemente la energía, estos dispositivos serían esencialmente inútiles.

Esa es la belleza del sistema de Hester y Pawelczak. Un dispositivo pequeño puede perder energía brevemente, pero nunca pierde su sentido del tiempo. Eso significa que puede reiniciarse tan rápido que es posible que ni siquiera note que el dispositivo perdió energía en primer lugar.

"Nuestro dispositivo permite una rápida reconstrucción del tiempo y el estado a partir de 'migas de pan' que dejamos atrás antes de un corte de energía, —Dijo Hester.

Evitando las baterías

Hester y Pawelczak están motivados por su objetivo general de reducir la cantidad de baterías de iones de litio que ingresan al medio ambiente cada año. La minería de litio no solo es increíblemente intensiva en energía y agua, el litio es inflamable, material tóxico que incluso puede incendiarse en plantas de reciclaje.

Las principales empresas de tecnología ahora estiman que podríamos ver billones más de dispositivos de IoT en los próximos 50 años. Son muchas baterías usadas y eventualmente descartadas.

"Trabajar en sistemas de recolección de energía sin baterías es evidente, dado el impacto ambiental que acompañan a las baterías, ", Dijo Pawelczak." No sabemos el número exacto de nuevos dispositivos que surgirán, pero nadie duda de que el volumen total de dispositivos es enorme y cada vez más productos electrónicos de consumo funcionarán con baterías. Estas baterías deben ser reemplazadas y luego recicladas, por lo que necesitamos desarrollar un sistema que reduzca la huella de carbono de la electrónica ".

"Si esperamos tener una visión de la informática que sea sostenible, luego tenemos que repensar cómo diseñamos estos sistemas, "Hester agregó." Nuestra tecnología informará el diseño de los próximos billones de dispositivos y permitirá una IoT que sea práctica, escalable y útil ".