Dall'University of California arriva un sensore di temperatura che consuma appena 113 picowatt

Dall'University of California arriva un sensore di temperatura che consuma appena 113 picowatt

Un sensore di questo genere potrebbe essere integrato negli indossabili del futuro ed avere un impatto energetico pressoché irrilevante sul consumo complessivo dei dispositivi

di Andrea Bai pubblicata il , alle 10:21 nel canale Scienza e tecnologia
 

Un sensore in grado di funzionare quasi senza energia? Sarà presto possibile, grazie ad uno studio portato avanti dai ricercatori della Jacobs School of Engineering dell'University of California San Diego che hanno sviluppato un sensore di temperatura capace di consumare appena 113 picowatt, ovvero 10 miliardi di volte inferiore ad un watt.

Su Scientific Reports i ricercatori hanno descritto nel dettaglio il sensore, con Hui Wang, tra gli autori dello studio, che afferma: "Stiamo costruendo sistemi che hanno requisiti energetici così bassi da poter funzionare potenzialmente per anni con una batteria piccolissima".

Il team ha ottimizzato il dispositivo concentrandosi su due aree. Anzitutto è stato adottato un approccio ingegnoso per quanto riguarda la fonte di energia, sfruttando un fenomeno fisico che di norma si cerca di aggirare. I transistor sono caratterizzati da un gate tramite il quale è possibile interrompere il flusso di elettroni in un circuito: la progressiva miniaturizzazione dei transistor va ad assottigliare sempre di più il gate con la conseguenza che gli elettroni tendono a fuggire da esso dando luogo a ciò che viene chiamata "corrente di leakage". Questa corrente, che può causare interferenze, viene invece sfruttata dai ricercatori per alimentare il sensore. "Molti ricercatori vogliono sbarazzarsi della corrente di leakage, ma noi la sfruttiamo per costruire una fonte di energia a bassissimo consumo" ha spiegato Hui.

La seconda area di sviluppo è stata quella relativa al metodo di conversione da temperatura rilevata a lettura digitale. Questo processo di norma richiede il passaggio della corrente attraverso un resistore - la cui resistenza al passaggio della corrente varia a seconda della temperatura - e la successiva misurazione della tensione che viene convertita alla corrispondente temperatura usando un convertitore ADC ad elevata potenza.

I ricercatori hanno invece elaborato un approccio completamente differente che si basa su due fonti di corrente a basso consumo: una di esse carica un condensatore in un periodo di tempo finito a prescindere dalla temperatura, e l'altra che carica ad un tasso che varia con la temperatura (più lentamente a basse temperature, più velocemente ad alte temperature). Quando la temperatura cambia, il sistema si adatta automaticamente così che la fonte dipendente dalla temperatura possa effettuare la carica nello stesso tempo della fonte fissa, cambiando il condensatore da caricare. Per esempio quando la temperatura scende, il sistema andrà a caricare un condensatore di più piccole dimensioni, che corrisponde ad una precisa lettura digitale. Questo meccanismo, per quanto complesso, permette di usare una quantità di energia 628 volte inferiore rispetto a quanto avviene con i più avanzati sensori di oggi.

Il sensore ha una finestra operativa da -20C° a 40C° e potrebbe essere utilizzato in dispositivi indossabili e sistemi di monitoraggio ambientale o domestico. Il rovescio della medaglia è rappresentato da una minor velocità di lettura rispetto ai sensori convenzionali attualmente utilizzati, con il nuovo prototipo che è capace di offrire una lettura al secondo circa. Si tratta tuttavia di un comportamento che può essere assolutamente adeguato per impieghi ove è necessario monitorare fenomeni in cui la temperatura non cambia troppo velocemente.

"La nostra visione è di rendere gli indossabili così piccoli da essere discreti, così invisibili che gli utenti quasi non ricordino di averli addosso. La nostra tecnologia near-zero-power potrebbe un giorno eliminare la necessità di dover cambiare o ricaricare una batteria" ha spiegato Patrick Mercier, professore di ingegneria elettrica per la Jacobs School of Engineering e principale autore dello studio. I ricercatori stanno ora concentrandosi sul miglioramento dell'accuratezza del sensore, oltre a renderlo adatto per eventuali implementazioni commerciali.

0 Commenti
Gli autori dei commenti, e non la redazione, sono responsabili dei contenuti da loro inseriti - info

Devi effettuare il login per poter commentare
Se non sei ancora registrato, puoi farlo attraverso questo form.
Se sei già registrato e loggato nel sito, puoi inserire il tuo commento.
Si tenga presente quanto letto nel regolamento, nel rispetto del "quieto vivere".

La discussione è consultabile anche qui, sul forum.
 
^