Un cip experimental poate calcula și detecta substanțe folosind numai lumina ambientală, fără baterie, potrivit TechRadar. Dispozitivul a fost realizat de cercetători de la Universitatea de Stat din Pennsylvania și reunește, într-o singură structură tridimensională, componentele necesare pentru captarea energiei, procesarea informațiilor și detectarea substanțelor chimice.
Spre deosebire de sistemele electronice convenționale, în care senzorii, circuitele de calcul și sursa de energie sunt amplasate separat și conectate prin trasee electrice, noul cip suprapune aceste elemente pe verticală. Distanța dintre ele este de ordinul zecilor de nanometri, ceea ce poate reduce dimensiunea dispozitivului, lungimea conexiunilor și pierderile de energie.
La baza structurii se află un modul fotovoltaic din siliciu, care transformă lumina ambientală în electricitate. Deasupra acestuia este amplasat stratul logic, construit cu două materiale semiconductoare foarte subțiri, disulfura de molibden și diseleniura de tungsten. În partea superioară se găsesc senzori pe bază de grafen, care reacționează atunci când intră în contact cu anumite lichide.
Funcționarea sistemului urmează trei etape principale:
- Modulul fotovoltaic captează lumina și produce energia necesară.
- Senzorii din grafen detectează modificările provocate de lichidul analizat.
- Stratul logic primește semnalele electrice și efectuează calculele necesare interpretării lor.
Cercetătorul Saptarshi Das, unul dintre autorii studiului publicat în Nature Electronics, explică faptul că siliciul, grafenul și cele două materiale semiconductoare au fost integrate monolitic, adică formate într-o singură structură compactă, nu doar așezate unul lângă altul și conectate ulterior. Această apropiere la scară nanometrică ar putea micșora suprafața ocupată de circuit și pierderile apărute în timpul transferului de energie și informații.
Deocamdată, dispozitivul este un prototip de mici dimensiuni, construit pentru a demonstra că detectarea, calculul și alimentarea cu energie pot funcționa împreună fără acumulator. Cercetarea nu descrie un procesor destinat calculatoarelor personale și nici un înlocuitor imediat pentru cipurile obișnuite, ci o arhitectură specializată pentru sisteme cu un consum foarte redus.
Principala utilizare avută în vedere este în domeniul dispozitivelor conectate și al calculului realizat aproape de locul unde sunt colectate datele. Astfel de circuite ar putea fi amplasate în zone izolate, în instalații industriale, în sisteme de monitorizare a mediului sau în alte locuri unde schimbarea bateriilor este dificilă ori costisitoare.
Totuși, aplicarea pe scară largă va depinde de posibilitatea extinderii arhitecturii către circuite mai mari și mai complexe. Cercetătorii au demonstrat principiul de funcționare, însă viitoarele versiuni vor trebui să ofere performanțe stabile în condiții diferite de iluminare și să poată fi fabricate eficient. Importanța rezultatului constă în demonstrarea unui sistem electronic complet care își produce energia, detectează schimbări chimice și procesează semnalele în interiorul aceleiași structuri compacte.
