Investigadores del grupo de investigación Green IC de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) han inventado un dispositivo de bajo costo, Temporizador de activación sin batería en forma de circuito en chip que reduce significativamente el consumo de energía de los chips de silicio para los nodos de sensores de Internet de las cosas (IoT). El novedoso despertador del equipo de NUS demuestra por primera vez el logro del consumo de energía hasta un rango real de picovatios (mil millones de veces más bajo que un reloj inteligente).

"Hemos desarrollado un novedoso despertador que funciona en el rango de picovatios, y reduce el consumo de energía de los nodos de sensores de IoT raramente activos en 1, 000 veces. Como elemento de singularidad, nuestro despertador no necesita ningún circuito adicional, a diferencia de las tecnologías convencionales, que requieren circuitos periféricos que consuman al menos 1, 000 veces más potencia (p. Ej., reguladores de voltaje). Este es un paso importante para acelerar el desarrollo de la infraestructura de IoT, y allana el camino para la miniaturización agresiva de dispositivos IoT para operaciones duraderas, ", dijo el líder del equipo, el profesor asociado Massimo Alioto del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Facultad de Ingeniería de NUS.

La investigación se llevó a cabo en colaboración con el profesor asociado Paolo Crovetti del Politecnico di Torino en Italia.

Habilitación de aplicaciones de IoT duraderas

Tecnologías de IoT, que impulsará la realización de ciudades inteligentes y una vida inteligente, a menudo requieren el despliegue extenso de sensores de chip de silicio miniaturizados con muy bajo consumo de energía y décadas de duración de la batería, y esto sigue siendo un gran desafío hasta la fecha.

Los nodos de sensores de IoT son sistemas miniaturizados individuales que contienen uno o más sensores, así como circuitos para procesamiento de datos, comunicación inalámbrica y administración de energía. Para mantener bajo el consumo de energía, se mantienen en modo de suspensión la mayor parte del tiempo, y los temporizadores de despertador se utilizan para activar los sensores para que realicen una tarea. Como están encendidos la mayor parte del tiempo, Los temporizadores de activación establecen el consumo mínimo de energía de los nodos de sensores de IoT. También juegan un papel fundamental en la reducción del consumo medio de energía de los sistemas en chip.

La invención de NUS reduce sustancialmente el consumo de energía de los temporizadores de activación integrados en los nodos de sensores de IoT. "Bajo la iluminación típica de una oficina, Nuestro novedoso despertador puede ser alimentado por una pequeña celda solar en chip que tiene un diámetro similar al de una hebra de cabello humano. También puede ser sostenido por una batería de escala milimétrica durante décadas, "Assoc Prof Alioto explicó.

Este avance tecnológico se hizo público en los Simposios de tecnología y circuitos VLSI de 2018 en Honolulu. Hawai, el principal foro mundial donde se presentan los avances en circuitos de estado sólido y sistemas en chip.

Consumo de energía ultrabajo

El innovador temporizador de despertador de rango de picovatios del equipo NUS tiene la capacidad sin precedentes de funcionar sin ningún regulador de voltaje debido a su sensibilidad reducida al voltaje de suministro. suprimiendo así la energía adicional que tradicionalmente consumen dichos circuitos periféricos siempre activos. El despertador también puede continuar las operaciones incluso cuando la batería no está disponible y con una energía ambiental muy escasa. como lo demuestra una celda solar en chip miniaturizada expuesta a la luz de la luna.

Reducción significativa del costo de producción.

Además, El temporizador de despertador del equipo puede lograr un despertar lento y poco frecuente utilizando un condensador en chip muy pequeño (medio picoFaradio). Esto ayuda a reducir significativamente los costos de fabricación de silicio debido al área pequeña (40 micrómetros en cada lado) requerida.

"En general, Este avance se logra mediante la simplicidad a nivel del sistema mediante la innovación de circuitos. Hemos demostrado chips de silicio con una potencia sustancialmente menor que definirán el perfil de los nodos de IoT de próxima generación. Esto contribuirá a la realización de la visión última de la economía, escala milimétrica y, finalmente, nodos sensores sin batería, "dijo el miembro del equipo de investigación, el Dr. Orazio Aiello, quien es investigador visitante en el departamento.

Próximos pasos

El equipo está trabajando actualmente en bajo costo, fácil de integrar, sistemas de silicio energéticamente autónomos con un consumo de energía que va desde picoWatts hasta sub-nanoWatts. Estos subsistemas críticos harán realidad los futuros sensores sin batería, con el objetivo final de construir un sistema en chip completo sin batería. Este será un gran paso hacia la realización de la visión de IoT en todo el mundo.