Датчик температуры почти нулевой мощности создан инженерами

05.07.2017, 02:30 Наука

Исследователи Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали температурный датчик, который требует 113 пиковатт мощности, что в 628 раз ниже, чем современные устройства.

Этот датчик температуры почти нулевой мощности может продлить срок службы носимых или имплантируемых устройств, которые контролируют температуру тела, интеллектуальных систем мониторинга, интернет-устройств Things и систем мониторинга окружающей среды. Разработчики говорят, что эта технология будет способствовать созданию нового класса устройств, которые могут питаться за счет энергии из источников с низким энергопотреблением, таких как организм или окружающая среда.

Ведущий автор Патрик Мерсье говорит: «Наше видение заключается в том, чтобы сделать носимые устройства ненавязчивыми и невидимыми, чтобы пользователи не задумывались о них. Наша новая технология с нулевым уровнем мощности может однажды устранить необходимость когда-либо менять или перезаряжать аккумулятор».

Соавтор Хуэй Ванг добавил: «Мы создаем системы с такими низкими требованиями к мощности, что они могут работать годами на крошечной батарее».

Новый подход предполагает минимизацию мощности в двух областях: источник тока и преобразование температуры в цифровое считывание. Исследователи построили источник питания сверхнизкой мощности с использованием так называемых транзисторов «утечки на затворе». Транзисторы обычно имеют затвор, который может включать и выключать поток электронов. Но по мере того как размер современных транзисторов продолжает уменьшаться, материал затвора становится настолько тонким, что больше не может блокировать утечку электронов — явление, известное как квантовый туннельный эффект.

Такая утечка считается проблематичной в таких системах, как микропроцессоры или прецизионные аналоговые схемы.

«Многие исследователи пытаются избавиться от утечки тока, но мы используем его для создания источника питания с ультранизким энергопотреблением», поясняет Ванг.

Используя эти источники тока, исследователи разработали менее энергоемкий способ оцифровки температуры. В результате получился датчик температуры, встроенный в чип размером 0,15 × 0,15 квадратных миллиметра. Он работает при температурах от минус 20 до 40 С. Одно из преимуществ заключается в том, что датчик имеет время отклика примерно на одно обновление температуры в секунду, что немного медленнее, чем у существующих датчики температуры. Тем не менее, этого времени ответа достаточно для устройств, которые работают в организме человека, домах и других средах, где температура не колеблется быстро, говорят исследователи.