Depuis des décennies, les chercheurs ont cherché une meilleure batterie. Aujourd'hui, une équipe internationale présente une nouvelle solution audacieuse :abandonner complètement la batterie.

Dirigé par la Northwestern University et la Delft University of Technology (TU Delft) aux Pays-Bas, les chercheurs ont conçu et développé un nouveau système qui permet aux appareils sans batterie de garder l'heure pendant les coupures de courant intermittentes, résoudre un problème critique qui a freiné la recherche dans le domaine.

Beaucoup de petits, les appareils Internet des objets (IoT) sans batterie pourraient fonctionner en récupérant l'énergie ambiante, comme le solaire, puissance cinétique et thermique. S'il est pleinement adopté, l'utilisation de ces dispositifs empêcherait des milliards de piles usagées d'entrer dans les décharges. Mais parce qu'ils basculent entre les sources d'alimentation, les appareils sans batterie connaissent notoirement de fréquents, brèves pertes de puissance.

"Naturellement, retirer les piles a des conséquences, " a déclaré Przemyslaw Pawelczak de la TU Delft, qui a codirigé la recherche. "Cela signifie avoir une capacité de stockage plus faible et une fiabilité moindre. L'énergie récupérée dans l'environnement n'est pas toujours prévisible."

"Nous avons adopté cela et construit un système qui enchaîne les périodes d'exécution fragmentées, " a déclaré Josiah Hester de Northwestern, qui a codirigé la recherche. « Nous avons construit un système personnalisé qui assure un suivi fiable du temps malgré de nombreuses pannes de courant et interruptions pour tout appareil IoT. »

Hester et Pawelczak ont ​​présenté leur travail virtuellement ce printemps lors de la réunion annuelle 2020 du support architectural pour les langages de programmation et les systèmes d'exploitation (ASPLOS). L'équipe a présenté deux articles :un qui décrit le matériel pour le nouveau circuit de chronométrage et un autre qui démontre que le circuit peut être utilisé pour convertir des appareils alimentés par batterie en appareils sans batterie.

Hester est professeur adjoint d'informatique et de génie électrique et informatique à la McCormick School of Engineering de Northwestern. Pawelczak est professeur assistant au laboratoire de logiciels embarqués de la TU Delft.

Le temps est de notre côté

Le chronométrage est l'une des ressources les plus vitales pour tout système informatique. Sous-jacent à presque tous les services système et fonctionnalités de sécurité, Le chronométrage aide l'ordinateur à suivre les applications en cours d'exécution. La plupart des gens, cependant, ne remarquez la fonction de chronométrage que lorsqu'elle cesse de fonctionner.

Si vous avez déjà perdu de l'électricité en travaillant sur votre ordinateur, par exemple, alors vous connaissez l'agonie d'essayer de redémarrer le système. L'ordinateur peut prendre plusieurs minutes pour redémarrer car il doit se rappeler où vous vous êtes arrêté et parcourir une liste d'opérations. Puis, même lorsque l'ordinateur est de nouveau opérationnel, tout travail non enregistré pourrait être perdu.

Si cela se produisait à chaque fois qu'un petit appareil IoT, comme une montre intelligente, Traqueur de Fitness, caméra de sécurité, thermostat intelligent ou capteur médical - brièvement perte de puissance, ces dispositifs seraient essentiellement inutiles.

C'est la beauté du système de Hester et Pawelczak. Un petit appareil peut brièvement perdre de la puissance, mais il ne perd jamais son sens du temps. Cela signifie qu'il peut redémarrer si rapidement que vous ne remarquerez peut-être même pas que l'appareil a perdu de l'énergie en premier lieu.

« Notre appareil permet une reconstruction rapide du temps et de l'état à partir des « fils d'Ariane » que nous avons laissés derrière nous avant une panne de courant, " dit Hester.

Contourner les batteries

Hester et Pawelczak sont motivés par leur objectif global de réduire le nombre de batteries lithium-ion entrant dans l'environnement chaque année. Non seulement l'extraction du lithium est incroyablement consommatrice d'énergie et d'eau, le lithium est un inflammable, matière toxique qui peut même s'enflammer dans les usines de recyclage.

Les grandes entreprises technologiques estiment désormais que nous pourrions voir des milliers de milliards d'appareils IoT supplémentaires au cours des 50 prochaines années. C'est beaucoup de piles usagées et finalement jetées.

"Travailler sur des systèmes de récupération d'énergie sans batterie va de soi, compte tenu de l'impact environnemental qui accompagne les batteries, " Pawelczak a déclaré. "Nous ne connaissons pas le nombre exact de nouveaux appareils qui vont voir le jour, mais personne ne doute que le volume d'appareils est énorme et que de plus en plus d'appareils électroniques grand public seront alimentés par des batteries. Ces batteries doivent être remplacées et recyclées plus tard, nous devons donc développer un système qui réduise l'empreinte carbone de l'électronique."

« Si nous espérons avoir une vision de l'informatique durable, alors nous devons repenser la façon dont nous concevons ces systèmes, " Hester a ajouté. " Notre technologie éclairera la conception des prochains billions d'appareils et permettra un IoT pratique, évolutif et utile."