Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали и изготовили опытные образцы новых температурных датчиков, которые требуют для своей работы всего 113 пикоВатт энергии, т.е. они практически не потребляют энергию. Применение таких датчиков позволит создавать системы контроля, экологического мониторинга и т.п., которые смогут функционировать на энергии одной крошечной батарейки в течение нескольких лет.
Для того, чтобы кардинально уменьшить количество потребляемой энергии, исследователи использовали инновационные решения из двух областей. Первым решением стал новый источник тока, в котором ученые использовали одно из явлений, которое считается вредным и паразитным в других областях.
У всех транзисторов имеется управляющий электрод, затвор, потенциал на котором может или остановить или разрешить движение потока электронов через канал транзистора. При уменьшении размера транзистора менее определенного значения, он перестает работать из-за того, что электроны начинают перескакивать с затвора на другие электроды за счет эффекта квантового туннелирования. Это явление называется утечкой затвора, и в данном случае эти "утекшие" с затвора электроны приводят в действие прецизионный источник тока, который не требует дополнительной энергии и на базе которого строится вся дальнейшая работа датчика температуры.
Вторым аспектом оптимизации количества потребляемой энергии стал новый метод преобразования текущей температуры в цифровое значение. И в результате этого ученые получили датчик, который потребляет в 628 раз меньше энергии, нежели чем другие самые современные и самые экономичные датчики температуры.
Опытные образцы новых сверхэкономичных датчиков работают в диапазоне температур от -20 до 40 градусов Цельсия, что позволяет использовать их в разнообразных носимых устройствах и системах экологического мониторинга. Единственным отрицательным следствием низкого количества потребляемой энергии является малая скорость работы нового датчика, порядка одного измерения в секунду. Но такое быстродействие не является проблемой в большинстве случаев. Ведь температуры, к примеру, температура окружающей среды или температура человеческого тела не изменяются очень быстро.
Но, прежде чем новые экономичные датчики смогут появиться в составе новых "умных" устройств, ученым предстоит проделать кое-какую работу по оптимизации структуры датчика и по увеличению точности его измерений.
322
