Per decenni, i ricercatori hanno cercato una batteria migliore. Ora un team internazionale presenta una nuova audace soluzione:abbandonare del tutto la batteria.

Guidato dalla Northwestern University e dalla Delft University of Technology (TU Delft) nei Paesi Bassi, i ricercatori hanno progettato e sviluppato un nuovo sistema che consente ai dispositivi senza batteria di tenere il tempo durante le interruzioni di corrente intermittenti, risolvere un problema critico che ha frenato la ricerca sul campo.

Molti piccoli, i dispositivi Internet of Things (IoT) senza batteria potrebbero funzionare raccogliendo energia ambientale, come solare, potenza cinetica e termica. Se completamente adottato, l'utilizzo di questi dispositivi impedirebbe a trilioni di batterie usate di entrare nelle discariche. Ma poiché passano da una fonte di alimentazione all'altra, dispositivi senza batteria notoriamente sperimentano frequenti, brevi perdite di potenza.

"Naturalmente, la rimozione delle batterie ha conseguenze, " ha detto Przemyslaw Pawelczak di TU Delft, che ha co-diretto la ricerca. "Significa avere una capacità di stoccaggio inferiore e una minore affidabilità. L'energia raccolta dall'ambiente non è sempre prevedibile".

"Abbiamo abbracciato questo e costruito un sistema che mette insieme periodi di esecuzione frammentati, ", ha detto Josiah Hester della Northwestern, che ha co-diretto la ricerca. "Abbiamo creato un sistema personalizzato che tiene traccia del tempo in modo affidabile nonostante le numerose interruzioni e interruzioni dell'alimentazione per qualsiasi dispositivo IoT".

Hester e Pawelczak hanno presentato il loro lavoro virtualmente questa primavera all'incontro annuale 2020 di Architectural Support for Programming Languages ​​and Operating Systems (ASPLOS). Il team ha presentato due documenti:uno che delinea l'hardware per il nuovo circuito di cronometraggio e un altro che dimostra che il circuito può essere utilizzato per convertire dispositivi alimentati a batteria in dispositivi senza batteria.

Hester è un assistente professore di informatica e ingegneria elettrica e informatica presso la McCormick School of Engineering della Northwestern. Pawelczak è un assistente professore presso l'Embedded Software Lab di TU Delft.

Il tempo è dalla nostra parte

Il cronometraggio è una delle risorse più vitali per qualsiasi sistema informatico. Alla base di quasi tutti i servizi di sistema e le funzionalità di sicurezza, il cronometraggio aiuta il computer a tenere traccia delle applicazioni in esecuzione. La maggior parte delle persone, però, notare la funzione di cronometraggio solo quando smette di funzionare.

Se hai mai perso energia mentre lavoravi al computer, Per esempio, allora conosci l'agonia di provare a riavviare il sistema. Il computer può impiegare diversi minuti per riavviarsi poiché deve ricordare da dove avevi interrotto ed eseguire un elenco di operazioni. Poi, anche quando il computer è di nuovo attivo e funzionante, qualsiasi lavoro non salvato potrebbe andare perso.

Se ciò accadesse ogni volta che un piccolo dispositivo IoT, come uno smartwatch, fitness tracker, telecamera di sicurezza, termostato intelligente o sensore medico:interruzione di corrente per breve tempo, questi dispositivi sarebbero sostanzialmente inutili.

Questa è la bellezza del sistema di Hester e Pawelczak. Un piccolo dispositivo potrebbe perdere brevemente energia, ma non perde mai il senso del tempo. Ciò significa che può riavviarsi così rapidamente che potresti non notare nemmeno che il dispositivo ha perso energia in primo luogo.

"Il nostro dispositivo consente una rapida ricostruzione del tempo e dello stato dalle "briciole di pane" che abbiamo lasciato alle spalle prima di un'interruzione di corrente, " ha detto Hester.

Bypassare le batterie

Hester e Pawelczak sono motivati ​​dal loro obiettivo generale di ridurre il numero di batterie agli ioni di litio che entrano nell'ambiente ogni anno. Non solo l'estrazione del litio è incredibilmente dispendiosa in termini di energia e acqua, il litio è un infiammabile, materiale tossico che può prendere fuoco anche negli impianti di riciclaggio.

Le principali aziende tecnologiche ora stimano che potremmo vedere migliaia di miliardi di dispositivi IoT in più entro i prossimi 50 anni. Sono un sacco di batterie usate e alla fine scartate.

"Lavorare su sistemi di raccolta dell'energia senza batteria è evidente, dato l'impatto ambientale che accompagna le batterie, " Pawelczak ha detto. "Non sappiamo il numero esatto di nuovi dispositivi che emergeranno, ma nessuno dubita che il volume dei dispositivi sia enorme e che sempre più elettronica di consumo sarà alimentata da batterie. Queste batterie devono essere sostituite e successivamente riciclate, quindi abbiamo bisogno di sviluppare un sistema che riduca l'impronta di carbonio dell'elettronica".

"Se speriamo di avere una visione dell'informatica sostenibile, poi dobbiamo ripensare a come progettiamo questi sistemi, " Ha aggiunto Hester. "La nostra tecnologia informerà la progettazione dei prossimi trilioni di dispositivi e consentirà l'IoT che è pratico, scalabile e utile."