Un sistema de sensor alimentado por energía solar, de solo 9 milímetros cúbicos, desarrollado en la Universidad de Michigan, es el más pequeño en su tipo que puede tomar la energía de su entorno para funcionar casi constantemente.
El sistema de sensor de baja energía, desarrollado en la Universidad de Michigan (UM), es 1.000 veces más pequeño que sus contrapartes comerciales comparables. Foto: Kim Daeyeon.
El procesador del sistema de la UM, las celdas solares y la batería, están contenidos en su diminuta figura, que mide 2,5 por 3,5 por 1 milímetro.
El sistema podría permitir nuevos implantes biomédicos, así como ser usado para dispositivos de control en en el hogar, en la construcción y en los puentes. Se podría mejorar enormemente la eficiencia y el costo de las actuales redes de sensores del medio ambiente para detectar el movimiento, el aire en los caminos y la calidad del agua.
Con un procesador estándar ARM Cortex-M3, el sistema contiene el microcontrolador de clase comercial de más baja potencia. Consume 2.000 veces menos energía en modo de reposo que su contraparte más eficiente en el mercado de hoy en día.
Los ingenieros afirman que el uso con éxito de un procesador ARM-32 -la arquitectura de procesador de 32 bits más popular de la industria- es un paso importante hacia la adopción comercial de esta tecnología.
Greg Chen, estudiante de doctorado de ingeniería y ciencias de la computación, presentó la investigación el 9 de febrero en la Conferencia Internacional de Circuitos de Estado Sólido en San Francisco.
"Nuestro sistema puede funcionar casi constantemente, si está expuesto periódicamente a condiciones de iluminación razonables, incluso en interiores", dijo David Blaauw, un profesor de ingeniería en comnputación y eléctrica. "Su único factor limitante es el desgaste de la batería-, pero la batería duraría muchos años".
El sistema de sensor de baja energía, desarrollado en la Universidad de Michigan (UM), en una vista ampliada. Foto: Kim Daeyeon.
"El procesador ARM Cortex-M3 ha sido ampliamente adoptado en toda la industria del microcontrolador por su baja potencia, características de eficiencia energética como el modo de sueño profundo y el controlador de interrupción Wake-Up (despertador), que permite que el núcleo se coloque en el modo ultra-bajo de fugas, retornando al modo de plena actividad casi instantáneamente", dijo Eric Schorn, vicepresidente de marketing de la división de procesadores de ARM. "Esta implementación del procesador explota todas esas características al máximo para lograr un funcionamiento a ultra baja potencia."
El sensor pasa la mayor parte de su tiempo en modo de reposo, despierta brevemente cada pocos minutos para tomar medidas. El total de su consumo de energía promedio es de menos de 1 nanovatio. Un nanovatio es una mil millonésima de un vatio de potencia.
Los desarrolladores dicen que la clave de la innovación es su método para el poder de gestión. El procesador sólo necesita alrededor de medio volt para funcionar, pero su batería Cymbet de película delgada de bajo voltaje entrega cerca de 4 voltios. La tensión, que es esencialmente la presión de la corriente eléctrica, debe ser reducida para que el sistema funcione más eficientemente.
"Si hemos utilizado los métodos tradicionales, el proceso de conversión de voltaje ha consumido muchas veces más poder que el utilizado por el propio procesador", dijo Dennis Sylvester, un profesor asociado en ingeniería eléctrica e informática.
Una forma en que los ingenieros de la UM hacen la conversión de voltaje más eficiente es reduciendo la velocidad de reloj de la unidad de gestión de poder cuando la carga del procesador es la luz.
"Salteamos pulsos si determinamos que la tensión es lo suficientemente estable", dijo Sylvester.
Los diseñadores están trabajando con los médicos sobre los posibles usos en sus especialidades. El sistema podría permitir formas menos invasivas para controlar los cambios de presión en los ojos, el cerebro y en los tumores en pacientes con glaucoma, traumas en la cabeza, o el cáncer. En el cuerpo, el sensor se podría concebir como un colector de movimiento o de calor, en lugar de luz, según dicen los ingenieros.
Los inventores están trabajando para comercializar la tecnología a través de una empresa dirigida por Scott Hanson, un investigador en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática.
El documento se titula "Sistema de Sensor Casi Perpetuo, a escala milimétrica, con batería apilada y celdas solares".
Esta investigación es financiada por la National Science Foundation, la Defense Advanced Projects Agency, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, el Focus Center Research y ARM.
El sistema de sensor de baja energía, desarrollado en la Universidad de Michigan (UM), es 1.000 veces más pequeño que sus contrapartes comerciales comparables. Foto: Kim Daeyeon.El procesador del sistema de la UM, las celdas solares y la batería, están contenidos en su diminuta figura, que mide 2,5 por 3,5 por 1 milímetro.
El sistema podría permitir nuevos implantes biomédicos, así como ser usado para dispositivos de control en en el hogar, en la construcción y en los puentes. Se podría mejorar enormemente la eficiencia y el costo de las actuales redes de sensores del medio ambiente para detectar el movimiento, el aire en los caminos y la calidad del agua.
Con un procesador estándar ARM Cortex-M3, el sistema contiene el microcontrolador de clase comercial de más baja potencia. Consume 2.000 veces menos energía en modo de reposo que su contraparte más eficiente en el mercado de hoy en día.
Los ingenieros afirman que el uso con éxito de un procesador ARM-32 -la arquitectura de procesador de 32 bits más popular de la industria- es un paso importante hacia la adopción comercial de esta tecnología.
Greg Chen, estudiante de doctorado de ingeniería y ciencias de la computación, presentó la investigación el 9 de febrero en la Conferencia Internacional de Circuitos de Estado Sólido en San Francisco.
"Nuestro sistema puede funcionar casi constantemente, si está expuesto periódicamente a condiciones de iluminación razonables, incluso en interiores", dijo David Blaauw, un profesor de ingeniería en comnputación y eléctrica. "Su único factor limitante es el desgaste de la batería-, pero la batería duraría muchos años".
El sistema de sensor de baja energía, desarrollado en la Universidad de Michigan (UM), en una vista ampliada. Foto: Kim Daeyeon."El procesador ARM Cortex-M3 ha sido ampliamente adoptado en toda la industria del microcontrolador por su baja potencia, características de eficiencia energética como el modo de sueño profundo y el controlador de interrupción Wake-Up (despertador), que permite que el núcleo se coloque en el modo ultra-bajo de fugas, retornando al modo de plena actividad casi instantáneamente", dijo Eric Schorn, vicepresidente de marketing de la división de procesadores de ARM. "Esta implementación del procesador explota todas esas características al máximo para lograr un funcionamiento a ultra baja potencia."
El sensor pasa la mayor parte de su tiempo en modo de reposo, despierta brevemente cada pocos minutos para tomar medidas. El total de su consumo de energía promedio es de menos de 1 nanovatio. Un nanovatio es una mil millonésima de un vatio de potencia.
Los desarrolladores dicen que la clave de la innovación es su método para el poder de gestión. El procesador sólo necesita alrededor de medio volt para funcionar, pero su batería Cymbet de película delgada de bajo voltaje entrega cerca de 4 voltios. La tensión, que es esencialmente la presión de la corriente eléctrica, debe ser reducida para que el sistema funcione más eficientemente.
"Si hemos utilizado los métodos tradicionales, el proceso de conversión de voltaje ha consumido muchas veces más poder que el utilizado por el propio procesador", dijo Dennis Sylvester, un profesor asociado en ingeniería eléctrica e informática.
Una forma en que los ingenieros de la UM hacen la conversión de voltaje más eficiente es reduciendo la velocidad de reloj de la unidad de gestión de poder cuando la carga del procesador es la luz.
"Salteamos pulsos si determinamos que la tensión es lo suficientemente estable", dijo Sylvester.
Los diseñadores están trabajando con los médicos sobre los posibles usos en sus especialidades. El sistema podría permitir formas menos invasivas para controlar los cambios de presión en los ojos, el cerebro y en los tumores en pacientes con glaucoma, traumas en la cabeza, o el cáncer. En el cuerpo, el sensor se podría concebir como un colector de movimiento o de calor, en lugar de luz, según dicen los ingenieros.
Los inventores están trabajando para comercializar la tecnología a través de una empresa dirigida por Scott Hanson, un investigador en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática.
El documento se titula "Sistema de Sensor Casi Perpetuo, a escala milimétrica, con batería apilada y celdas solares".
Esta investigación es financiada por la National Science Foundation, la Defense Advanced Projects Agency, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, el Focus Center Research y ARM.
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