Az Internet of Things (IoT), vagyis a dolgok internete egyre inkább átszövi mindennapjainkat, az okosotthonoktól az ipari szenzorokig. Azonban az apró, akkumulátorral működő eszközöknek számos kihívással kell szembenézniük, különösen a modern, 5G-vel telített környezetben, ahol a rádiós zaj komoly akadállyá válhat a megbízható kommunikációban. Ezen a téren ígér áttörést az MIT (Massachusetts Institute of Technology) kutatóinak legújabb fejlesztése: egy ultra-alacsony fogyasztású vevőchip, amely alapjaiban változtathatja meg az IoT-eszközök energiaellátását és élettartamát, akár a teljes elemmentességet is lehetővé téve.
Zavarvédelem és energiahatékonyság mikro méretben
A legtöbb nagyméretű elektronikai készülék, mint például az okostelefonok, kifinomult jelfiltereket alkalmaznak az interferencia kiszűrésére. Ezek a megoldások azonban túl nagyméretűek és energiaigényesek lennének az olyan mikroméretű eszközök számára, mint az okosgyűrűk, viselhető egészségügyi monitorok vagy az ipari szenzorok. Az MIT mérnökei ezért egy teljesen új megközelítést alkalmaztak: nem aktív, hanem egy innovatív, passzív szűrőrendszerrel oldották meg a problémát.
Az új vevőchip kiemelkedő képessége, hogy a megszokottnál harmincszor hatékonyabban képes elszigetelni a zavaró jeleket a hasznos információtól. Ez a kivételes teljesítmény rendkívül alacsony energiafogyasztással párosul: a chip kevesebb mint 1 milliwattot igényel, aktív felülete pedig mindössze 0,05 négyzetmilliméter. Ez a kombináció különösen fontossá teszi a fejlesztést az olyan alkalmazásokban, ahol az energiaellátás korlátozott, és a hosszú üzemidő kritikus tényező.
A technológia mögött: bootstrap órajelvezérlés és miller-hatás
A chip innovatív szűrőrendszerének kulcsa egy egyedi hálózat, amely előre feltöltött kondenzátorokat és apró kapcsolókat használ. Ezek a komponensek a nem kívánt jeleket már azelőtt blokkolják, mielőtt azok elérnék az erősítőt, így garantálva a tiszta kommunikációt.
A hatékonyság titka két kifinomult technológiai megoldásban rejlik: az úgynevezett bootstrap órajelvezérlésben és a Miller-hatás okos kihasználásában. A bootstrap órajelvezérlés segít optimalizálni a kapcsolók működését, minimalizálva az energiaveszteséget. A Miller-hatás révén pedig a rendkívül kis méretű kondenzátorok is úgy viselkedhetnek, mintha sokkal nagyobbak lennének, ezáltal jelentős hely- és energia-megtakarítást értek el a chip tervezői. Ezek az optimalizációk teszik lehetővé a chip apró méretét és rendkívül alacsony energiaigényét, ami alapvető fontosságú az IoT-eszközök autonóm működéséhez.
Jövőbeli kilátások: az elemmentes IoT korszaka?
Az MIT chipjének potenciális hatása óriási lehet számos területen. Az egészségügyi okoseszközök (pl. okosgyűrűk, viselhető diagnosztikai eszközök) megbízhatósága és üzemideje drámaian javulhat. A környezeti szenzorok, amelyek adatokat gyűjtenek a levegő minőségéről vagy a talaj állapotáról, hosszabb ideig működhetnek beavatkozás nélkül. Az intelligens termosztátok és ipari monitoring rendszerek szintén profitálhatnak a megbízhatóbb és energiatakarékosabb kommunikációból.
Az MIT kutatói nem állnak meg itt: már a következő lépésen dolgoznak, azt vizsgálva, hogyan lehetne a chipet környezeti Wi-Fi vagy Bluetooth jelekből nyert energiával működtetni. Ha ez a fejlesztés sikerrel jár, akkor valóban eljöhet az IoT-eszközök elemmentes korszaka, ahol az apró szenzorok és eszközök akár éveken át működhetnek emberi beavatkozás nélkül, gyökeresen átalakítva az okoseszközök piacát és alkalmazási területeit. Ez az áttörés új távlatokat nyithat a fenntartható és önellátó IoT-megoldások előtt.
