Miniaturowy czujnik pozyskujący energię z otoczenia

Miniaturowy czujnik pozyskujący energię z otoczenia

Naukowcy z University of Michigan skonstruowali mierzący ledwie 9 milimetrów sześciennych, zasilany energią słoneczną czujnik. Jest to najmniejszy jak dotąd taki układ, który w oparciu o energie pozyskiwaną z otoczenia może działać niemalże bez przerwy.

Nowy system składa się z procesora, ogniw słonecznych i baterii. A całość zamknięta jest w maleńkiej ramie o wymiarach: 2,5 na 3,5 na 1 milimetr. To jest tysiąc razy mniej niż mierzą porównywalne, dostępne dziś systemy.

System ten może znaleźć zastosowanie w nowych biomedycznych implantach, ale również i w urządzeniach monitorujących budynki, czy mosty. Może się przyczynić do znaczącej poprawy efektywności i obniżenia kosztów sieci czujników wykorzystywanych do wykrywania ruchu, czy kontroli jakości wody i powietrza.

Dzięki zastosowaniu procesora ARM Cortex-M3, system dysponuje najoszczędniejszym dostępnym komercyjnie mikrokontrolerem. Zużywa on w stanie uśpienia około dwa tysięcy razy mniej energii niż większość jego konkurentów.

„Nasz system może pracować niemalże bez przerwy, jeśli tylko kresowo będzie wystawiany na działanie słońca, nawet wewnątrz budynku.” – stwierdził David Blaauw z University of Michigan. „Jedynym czynnikiem ograniczającym jego żywotność jest zużycie baterii, jednakże ta wystarczy na lata.” – dodał. „Procesor ARM Cortex-M3 zyskał w przemyśle popularność dzięki niskiemu zużyciu energii, oraz takim cechom jak stan głębokiego uśpienia, albo Wake-Up Interrupt Controller, która umożliwia powrót do aktywności niemalże natychmiast.” – powiedział Eric Schorn, wiceprezes ARM. „Ta implementacja procesora wykorzystuje wszystkie te cechy, by maksymalnie obniżyć zużycie energii.” – dodał.

Czujnik większość czasu pozostaje w stanie uśpienia, budząc się co kilka minut, by wykonać pomiar. Jego średnie zużycie energii jest poniżej jednego nanowata. Twórcy urządzenia wskazują, że zasadniczą innowacją jest metoda zarządzania energią. Procesor potrzebuje do działania zaledwie pół wolta, ale jego bateria zbliża się do czterech woltów. „Gdybyśmy wykorzystali tradycyjne metody, proces zmiany napięcia pochłonąłby wielokrotnie więcej energii niż zużywa sam procesor.” – powiedział Dennis Sylvester z University of Michigan.

Inżynierowie z University of Michigan zredukowali straty wynikające ze zmiany napięcia poprzez spowolnienie zegara jednostki zarządzającej energią, gdy obciążenie procesora jest niewielkie.

Twórcy urządzenia współpracują obecnie z lekarzami nad zastosowaniami w medycynie. System ten mógłby umożliwić mniej inwazyjne monitorowanie zmian ciśnienia w oczach, mózgu, czy guzie. W ciele, czujnik mógłby pozyskiwać energię z ruchu, albo ciepła.

(lk)