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麻省理工推新芯片 可同時(shí)利用光能熱能震動(dòng)能
2012-07-13
中國科技網(wǎng)訊 據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)7月10日(北京時(shí)間)報(bào)道，美國麻省理工學(xué)院(MIT)的科學(xué)家首次研制出一款能同時(shí)利用自然光、熱和環(huán)境中的波動(dòng)等能源的新式芯片。這種新式系統(tǒng)有望最終用在生物醫(yī)學(xué)設(shè)備、遠(yuǎn)程環(huán)境、儀表等設(shè)備上，從而提高這些設(shè)備的性能。最新研究發(fā)表在美國電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)出版的《固態(tài)電路雜志》上。
該研究由電子工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任安桑娜·查達(dá)拉卡桑的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)實(shí)施。他們一直專注于研制能在極低功率下運(yùn)行的計(jì)算機(jī)和無線通訊芯片以及能利用從自然光、熱和環(huán)境中的波動(dòng)等不同來源處獲取能量的多種設(shè)備，讓能源利用達(dá)到最大化。
此前，查達(dá)拉卡桑的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)研制出了多種能利用周圍環(huán)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(jīng)過橋梁時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)等)的微型設(shè)備。
查達(dá)拉卡桑解釋到，將多種不同的環(huán)境能源提供的能量結(jié)合在一起需要一個(gè)復(fù)雜的控制系統(tǒng)，一般而言，每種環(huán)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(chǎn)生0.02伏到0.15伏的電壓;低能光伏電池產(chǎn)生的電壓為0.2伏到0.7伏，而捕獲振動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的電壓則高達(dá)5伏，因此，實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)這些不同的能源以產(chǎn)生持續(xù)的能源輸出需要技巧。
查達(dá)拉卡桑表示，迄今為止，科學(xué)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(shí)刻內(nèi)產(chǎn)生更多能量，但這會(huì)讓其他能源提供的能量白白浪費(fèi)，而最新方法則在一個(gè)特定時(shí)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(chǔ)在電容器內(nèi)，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(tǒng)使用了創(chuàng)新性的雙路結(jié)構(gòu)。一般而言，能源主要被用來為儲(chǔ)能設(shè)備(比如電池或電容器等)充電，儲(chǔ)能設(shè)備再為傳感器或其他電路充電。但在該控制系統(tǒng)中，傳感器可以直接從儲(chǔ)能設(shè)備那兒獲得能量，也可以越過存儲(chǔ)設(shè)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(shù)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(duì)捕獲多種環(huán)境能源成為現(xiàn)實(shí)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(jié)點(diǎn)等系統(tǒng)的功能最大化。”
總編輯圈點(diǎn)
想象一下，讓火電站、風(fēng)電站、光電站以及儲(chǔ)能設(shè)備連接工作，需要多大一張電網(wǎng)。再想象一下，這張電網(wǎng)縮小到一塊芯片的大小——麻省理工學(xué)院新發(fā)明的難度就在于：在極小的面積內(nèi)，調(diào)配來源迥異的能量，盡量不浪費(fèi)一分一毫。新式芯片用在無線微型儀器上，必然提高設(shè)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(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端的無限續(xù)航。
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