Учени разработиха чип, който работи само със светлина и не се нуждае от батерия

Екип от Университета на Пенсилвания (Penn State) представи експериментален интегрален чип, който може да извършва изчисления и едновременно с това да събира данни от околната среда, използвайки единствено енергията от околната светлина. Разработката елиминира необходимостта от батерия, което според учените може да се окаже важно за бъдещото развитие на IoT устройства и системи за периферни изчисления (edge computing).

Прототипът използва т.нар. монолитна 3D архитектура, при която различните функционални слоеве са изградени един върху друг, вместо да бъдат разположени върху отделни чипове. По този начин се намаляват разстоянията между компонентите, съкращават се енергийните загуби и се ограничава закъснението при обмена на данни.

В основата на разработката стоят три слоя с различни функции. Долният слой представлява силициева фотоволтаична клетка, която преобразува околната светлина в електрическа енергия. Над нея се намира логическият слой, изграден от двуизмерните полупроводникови материали молибденов дисулфид (MoS₂) и волфрамов диселенид (WSe₂), където се извършват изчисленията. Най-горният слой съдържа графенови химически сензори, които реагират при контакт с различни течности и генерират електрически сигнали за обработка.

Според авторите на изследването комбинацията от силиций, графен и двуизмерни полупроводници в един общ монолитен чип е основната иновация. Вместо отделните елементи да бъдат свързвани чрез външни проводници или да се разполагат върху различни интегрални схеми, те се намират на разстояние от едва около 50 нанометра един от друг. Това позволява по-компактна конструкция и по-ниска консумация на енергия.

Изследователите смятат, че подобна архитектура може да намери приложение при устройства, разположени на труднодостъпни места, където подмяната на батерии е скъпа или практически невъзможна. Такива системи се използват все по-често в индустрията, екологичния мониторинг, интелигентното земеделие и инфраструктурния контрол.

Макар представеният чип да е демонстрационен прототип с ограничена функционалност, екипът вижда потенциал технологията да бъде използвана като основа за по-големи и по-сложни интегрални схеми. Следващите етапи на разработката ще бъдат насочени към увеличаване на изчислителните възможности и интегрирането на повече функции в подобна триизмерна архитектура.

Резултатите от изследването показват още една възможна посока за развитието на нискоенергийната микроелектроника, където устройствата могат да се захранват от околната среда, без да разчитат на традиционни батерии.

Източник: TechRadar