工程师发明了智能微芯片 可以在电池耗尽时自动启动和运行

物联网(IoT)虽然还处于起步阶段，但它正在塑造许多行业的未来，并将以重要的方式影响我们的日常生活。将物联网设备从概念转移到现实的关键挑战之一是在严格限制的能源下进行长期运行，因此要求极高的功率效率。物联网设备 - 例如传感器 - 通常大规模部署，并且通常位于远程且难以定期维护的地方，从而使其自给自足成为必需品。

目前，物联网设备中的电池比它们供电的单个芯片大得多并且高达三倍。它们的大小由传感器节点寿命决定，这直接影响它们需要更改的频率。这对电池处理时的维护成本和对环境的影响具有重要影响。为了延长整体寿命，通常通过从环境中获取一些有限的功率(例如使用太阳能电池)来缓慢地对电池充电。然而，现有的物联网设备不能在没有电池的情况下运行，并且小电池更频繁地完全放电。因此，电池小型化经常导致IoT设备的高度不连续操作，因为它们在每次电池耗尽能量时停止工作。

为了解决这一技术差距，新加坡国立大学(NUS)的一个工程师团队开发了一种名为BATLESS的创新微芯片，即使在电池电量耗尽的情况下也可以继续运行。BATLESS采用了一种新颖的电源管理技术，使用非常小的片上太阳能电池，可以在昏暗的光线下自启动并继续工作，无需任何电池辅助。这项研究突破大大减少了为物联网传感器节点供电所需的电池尺寸，使其尺寸缩小10倍，生产成本更低。这一突破已在旧金山举行的2018年国际固态电路会议(ISSCC)会议上展示，该会议是展示固态电路和片上系统的先进全球论坛。

新加坡国立大学工程学院电气与计算机工程系的副教授马西莫·阿里托(Massimo Alioto)表示，“我们已经证明，用于物联网设备的电池可以大幅缩小，因为它们并不总是需要可以保持连续运行。解决这一根本问题是在不使用电池的情况下实现物联网传感器节点最终愿景的重大进步，并将为拥有万亿IoT设备的世界铺平道路。

无需电池即可操作

电池无差异是物联网设备即使在电池电量耗尽时也能继续运行的能力。它通过两种不同的模式运行来实现 - 最小能量和最小功率。当电池能量可用时，芯片以最小能量模式运行，以最大化电池寿命。然而，当电池耗尽时，芯片切换到最小功率模式，并以微不足道的功耗消耗约半纳瓦 - 这比电话中智能手机的功耗小约十亿倍。功率可由非常小的片上太阳能电池提供，该太阳能电池的面积约为半平方毫米，或者可从环境中获得的其他形式的能量，例如振动或热量。

该芯片能够在最小能量模式和最小功率模式之间切换，从而将电池的小型化从厘米降至几毫米。BATLESS微芯片使不常见的功能能够不间断地感知，处理，捕获和时间戳感兴趣的事件，并且当电池再次可用时，这些有价值的数据将无线传输到云。尽管在电池不可用时处于最小功率模式，但微芯片的降低速度仍然足以满足需要检测时间变化缓慢的参数的许多物联网应用，包括温度，湿度，光照和压力。在众多其他应用中，BATLESS非常适合智能建筑，环境监测，能源管理以及居住空间适应居住者

Alioto副教授补充说：“BATLESS是第一个对电池充电可用性无动于衷的新型芯片的例子。在最小功耗模式下，与现有的固定最小微控制器相比，它的功耗降低了1,000到100,000倍。同时，我们的16位微控制器的运行速度也比最近设计用于固定最小功率运行的其他微控制器快10万倍。简而言之，BATLESS微芯片可以覆盖非常广泛的能量，功率，以及通过两种不同模式提供的灵活性所允许的速度权衡。“

无需电池即可自启动

BATLESS还配备了新的电源管理技术，使操作能够自行启动，同时由微型片上太阳能电池直接供电，无需电池辅助。该团队以50勒克斯的室内光强度证明了这一点，相当于黄昏时可用的昏暗光线，相当于纳瓦级的功率。这使得BATLESS对电池可用性无动于衷，解决了以前在无电池芯片方面未解决的挑战。

下一步

NUS工程团队正在探索新的解决方案，以构建完整的电池无关系统，涵盖从传感器到无线通信的整个信号链，从而扩展当前微控制器和电源管理的工作。

该研究团队的目标是展示一种将电池缩小到毫米的解决方案，其长期目标是完全消除对电池的需求。这将是实现全球物联网愿景的重要一步，也将使我们的星球更环保，更智能。