Chip holt Strom aus Sonne, Wärme und Vibration
MIT-Forscher weisen Weg zu autarken Sensoren.
Wissenschaftler des Massachusetts Institute of Technology (MIT) arbeiten an einem Chip, der drei verschiedene Energiequellen auf einmal anzapfen kann. Er nutzt Sonnenlicht, gewinnt Energie aus Wärme und kann auch Vibrationen in Elektrizität umwandeln. Damit gehen die Forscher einen ersten Schritt in Richtung des Baus batterieunabhängiger Sensoren.
„Energy Harvesting wird zur Realität“, so Anantha Chandrakasan, der das Entwicklerteam leitet. Sie tüftelt schon seit einiger Zeit an Computer- und Drahtlos-Kommunikationschips, die mit extrem wenig Energie auskommen können. Die Möglichkeit, mehrere Stromquellen anzuzapfen, soll diese nun praktisch energieautark machen.
Schnelles Umschalten
Das Anzapfen mehrerer Energieressourcen zur selben Zeit ist auf kleinem Raum eine technische Herausforderung. Denn normalerweise wird für jede der Stromquellen ein eigener Schaltkreis benötigt, der an die jeweiligen Anforderungen angepasst ist. So erhält man über die Verwertung von Temperaturunterschieden in der Regel einen Output von 0,02 bis 0,15 Volt, während kleine Photovoltaikzellen 0,2 bis 0,7 Volt erreichen. Ein Vibrationssammler hingegen kann es auf bis zu fünf Volt bringen.
Bisherige Systeme, die sich mehrerer Stromquellen bedienten, nutzten jeweils nur eine – jene mit dem momentan stärksten Output – zur gleichen Zeit. Statt langfristig auf eine Ressource umzuschalten, setzen die Wissenschaftler auf dauerhaftes, schnelles Umschalten. Die drei unterschiedlichen Konverter sind auf diesem Wege an den gleichen Induktor gekoppelt, der den Output auf konstantem Level hält.
Zweipfad-System für Verbrauchsreduktion
Die zweite, große Herausforderung lag in der Minimierung des Energiekonsums des Chips selbst. Dafür wurde eine „dual-path“-Architektur entwickelt. Diese ermöglicht die Versorgung entweder über den Umweg eines Kondensators als Speichermedium oder auf direktem Wege – je nachdem was sich gerade als effizienter erweist. Wird nur wenig Energie zugeführt, lohnt sich ein Einspeisen in den Kondensator aufgrund der Verluste nicht.
Die Technologie bietet einen wichtigen Ausgangspunkt, um zukünftig autark funktionierende Sensoren zu entwickeln, die etwa in der Medizin verwendet werden können. Denkbar wären etwa Blutzucker- oder Pulsmesser, die ohne externe Stromquelle ihren Dienst verrichten.
Quelle
pressetext 2012Georg Pichler 2012
