Les chercheurs de NUS ont inventé une minuterie de réveil «sans batterie» à faible coût qui réduit la consommation d'énergie des nœuds de capteurs IoT de 1, 000 fois, contribuant à un fonctionnement durable. La minuterie de réveil est intégrée dans une puce de test, et placé dans un emballage plus grand (contenu par les deux chercheurs) pour faciliter les tests et la caractérisation. De gauche à droite :le Dr Orazio Aiello et le professeur agrégé Massimo Alioto de la Faculté d'ingénierie de l'Université nationale de Singapour Crédit :Université nationale de Singapour
Des chercheurs du groupe de recherche Green IC de l'Université nationale de Singapour (NUS) ont inventé un minuterie de réveil sans batterie sous la forme d'un circuit sur puce qui réduit considérablement la consommation d'énergie des puces de silicium pour les nœuds de capteurs de l'Internet des objets (IoT). La nouvelle minuterie de réveil de l'équipe NUS démontre pour la première fois la réalisation d'une consommation d'énergie jusqu'à la vraie plage de picoWatt (1 milliard de fois inférieure à celle d'une montre intelligente).
"Nous avons développé une nouvelle minuterie de réveil qui fonctionne dans la gamme picoWatt, et réduit la consommation d'énergie des nœuds de capteurs IoT rarement actifs de 1, 000 fois. En tant qu'élément d'unicité, notre réveil n'a besoin d'aucun circuit supplémentaire, contrairement aux technologies conventionnelles, qui nécessitent des circuits périphériques consommant au moins 1, 000 fois plus de puissance (par exemple, régulateurs de tension). Il s'agit d'une étape majeure vers l'accélération du développement de l'infrastructure IoT, et ouvre la voie à la miniaturisation agressive des appareils IoT pour des opérations de longue durée, ", a déclaré le chef d'équipe, le professeur agrégé Massimo Alioto du département de génie électrique et informatique de la faculté de génie NUS.
La recherche a été menée en collaboration avec le professeur agrégé Paolo Crovetti du Politecnico di Torino en Italie.
Permettre des applications IoT durables
technologies IoT, qui conduira à la réalisation de villes intelligentes et de modes de vie intelligents, nécessitent souvent le déploiement intensif de smart, capteurs miniaturisés à puce de silicium avec une très faible consommation d'énergie et des dizaines d'années de durée de vie de la batterie, et cela reste un défi majeur à ce jour.
Les nœuds de capteurs IoT sont des systèmes miniaturisés individuels contenant un ou plusieurs capteurs, ainsi que des circuits de traitement de données, communication sans fil et gestion de l'alimentation. Pour maintenir une faible consommation d'énergie, ils sont maintenus en mode veille la plupart du temps, et des minuteries de réveil sont utilisées pour déclencher les capteurs pour effectuer une tâche. Comme ils sont allumés la plupart du temps, les minuteries de réveil définissent la consommation électrique minimale des nœuds de capteurs IoT. Ils jouent également un rôle fondamental dans la réduction de la consommation électrique moyenne des systèmes sur puce.
L'invention NUS réduit considérablement la consommation d'énergie des minuteries de réveil intégrées dans les nœuds de capteurs IoT. "Sous un éclairage de bureau typique, notre nouvelle minuterie de réveil peut être alimentée par une très petite cellule solaire sur puce qui a un diamètre similaire à celui d'un cheveu humain. Il peut également être alimenté par une batterie à l'échelle millimétrique pendant des décennies, ", a expliqué le professeur Assoc Alioto.
Cette percée technologique a été rendue publique lors des symposiums 2018 sur la technologie et les circuits VLSI à Honolulu, Hawaii, le premier forum mondial où sont présentées les avancées des circuits à semi-conducteurs et des systèmes sur puce.
Consommation d'énergie ultra-faible
La minuterie de réveil innovante de la gamme picoWatt de l'équipe NUS a la capacité sans précédent de fonctionner sans aucun régulateur de tension en raison de sa sensibilité réduite à la tension d'alimentation, supprimant ainsi la puissance supplémentaire qui est classiquement consommée par de tels circuits périphériques toujours allumés. La minuterie de réveil peut également continuer à fonctionner même lorsque la batterie n'est pas disponible et sous une puissance ambiante très faible, comme démontré par une cellule solaire miniaturisée sur puce exposée à la lumière de la lune.
Réduction significative des coûts de production
En outre, la minuterie de réveil de l'équipe peut réaliser des réveils lents et peu fréquents à l'aide d'un très petit condensateur sur puce (un demi picoFarad). Cela permet de réduire considérablement les coûts de fabrication du silicium en raison de la petite surface (40 micromètres de chaque côté) requise.
"Globalement, cette percée est réalisée grâce à la simplicité au niveau du système via l'innovation de circuit. Nous avons démontré des puces de silicium avec une puissance nettement inférieure qui définiront le profil des nœuds IoT de prochaine génération. Cela contribuera à la réalisation de la vision ultime du bon marché, à l'échelle millimétrique et éventuellement, nœuds de capteurs sans batterie, " a déclaré le Dr Orazio Aiello, membre de l'équipe de recherche, qui est chercheur invité au département.
Prochaines étapes
L'équipe travaille actuellement sur du low-cost, facile à intégrer, systèmes au silicium autonomes en énergie avec une consommation électrique allant de picoWatts à sous-nanoWatts. Ces sous-systèmes critiques feront des futurs capteurs sans batterie une réalité, dans le but final de construire un système sur puce complet sans batterie. Ce sera une étape majeure vers la réalisation de la vision de l'IoT dans le monde entier.
