麻省理工推新芯片 可同時利用光能熱能震動能
2012-07-13
中國科技網訊 據物理學家組織網7月10日(北京時間)報道，美國麻省理工學院(MIT)的科學家首次研制出一款能同時利用自然光、熱和環境中的波動等能源的新式芯片。這種新式系統有望最終用在生物醫學設備、遠程環境、儀表等設備上，從而提高這些設備的性能。最新研究發表在美國電氣和電子工程師協會(IEEE)出版的《固態電路雜志》上。
該研究由電子工程和計算機科學系主任安桑娜·查達拉卡桑的實驗團隊實施。他們一直專注于研制能在極低功率下運行的計算機和無線通訊芯片以及能利用從自然光、熱和環境中的波動等不同來源處獲取能量的多種設備，讓能源利用達到最大化。
此前，查達拉卡桑的實驗室已經研制出了多種能利用周圍環境提供的單一能源(諸如身體和外部空氣之間的溫差、人的行走或公交工具經過橋梁時產生的震動等)的微型設備。
查達拉卡桑解釋到，將多種不同的環境能源提供的能量結合在一起需要一個復雜的控制系統，一般而言，每種環境能源都需要一套控制電路來滿足特定的需求。例如，捕捉熱差值的電路一般只能產生0.02伏到0.15伏的電壓;低能光伏電池產生的電壓為0.2伏到0.7伏，而捕獲振動系統產生的電壓則高達5伏，因此，實時協調這些不同的能源以產生持續的能源輸出需要技巧。
查達拉卡桑表示，迄今為止，科學家們一般采用的辦法是讓電池交替利用這些能源，每次利用能在給定時刻內產生更多能量，但這會讓其他能源提供的能量白白浪費，而最新方法則在一個特定時刻，讓芯片從一處能源那兒獲取能量，而將從其他能源獲取的能量存儲在電容器內，以后再將其提取出來使用，這就使得所有能源提供的能量都能被有效利用。
最新系統使用了創新性的雙路結構。一般而言，能源主要被用來為儲能設備(比如電池或電容器等)充電，儲能設備再為傳感器或其他電路充電。但在該控制系統中，傳感器可以直接從儲能設備那兒獲得能量，也可以越過存儲設備，直接從能源那兒獲得能量。
德州儀器公司供能解決方案部門的首席技術專家戴維·福麗曼并沒有參與該研究，但他說：“MIT的最新研究對捕獲多種環境能源成為現實非常重要。能夠從多種不同的能源那兒獲取能量有望讓諸如無線傳感器節點等系統的功能最大化。”
總編輯圈點
想象一下，讓火電站、風電站、光電站以及儲能設備連接工作，需要多大一張電網。再想象一下，這張電網縮小到一塊芯片的大小——麻省理工學院新發明的難度就在于：在極小的面積內，調配來源迥異的能量，盡量不浪費一分一毫。新式芯片用在無線微型儀器上，必然提高設備的可靠性。而隨著電腦能耗的降低，或許今后也能借助此類芯片，實現移動終端的無限續航。
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