Energia da luce, calore e vibrazioni grazie ad un chip del MIT

Un gruppo di ricercatori del MIT ha compiuto importanti passi avanti verso la realizzazione di sistemi di monitoraggio in grado di funzionare senza batterie, che potrebbero così essere utilizzati per la realizzazione di dispositivi biomedici o di sensori ambientali, grazie allo sviluppo di un particolare chip in grado di ricavare energia da molteplici fonti come la luce, il calore e le vibrazioni.

La ricerca è stata portata avanti dal professori Anantha Chandrakasan e dal dottorando Saurav Bandyopadhyay e si è focalizzata sullo sviluppo di dispositivi elettronici e di comunicazione in grado di operare con bassi livelli di energetici e su una serie di dispositivi in grado di recuperare energia da varie fonti, in maniera simultanea. Si tratta di una caratteristica importante, dal momento che molte di queste fonti di energia sono intermittenti e non hanno un comportamento prevedibile.

Spiega Chandrakasan: "La chiave di questo lavoro è il circuito che è capace di combinare in maniera efficiente molte fonti di energia in una sola volta". Singoli dispositivi che hanno bisogno di raccogliere energia da queste piccole fonti di energia, come le differenze di temperatura, le vibrazioni, la luce dell'ambiente, sono già stati sviluppati nel laboratorio di Chandrakasan.

Tuttavia poter combinare l'energia di queste fonti richiede un sofisticato sistema di controllo, dal momento che ciascuna fonte ha specifiche caratteristiche. Ad esempio i circuiti che raccolgono energia dalle differenze di temperatura producono dagli 0,02 agli 015 volt, le celle fotovoltaiche a bassa potenza generano da 0,2 a 0,7 volt mentre i sistemi in grado di generare energia dalle vibrazioni sono in grado di produrre fino a 5 volt. Riuscire a coordinare queste fonti di energia in tempo reale per produrre un'erogazione costante è un processo abbastanza complesso.

Fino ad ora molti dei tentativi di raccogliere energia da fonti così diverse si sono basati semplicemente su soluzioni di switching, dando precedenza alla fonte che in un dato momento genera più energia e sprecando così l'energia delle altre fonti. Con la nuova soluzione del MIT viene raccolta allo stesso tempo l'energia di tutte le fonti e, a seconda delle esigenze di alimentazione, l'eccedenza viene stoccata in condensatori in maniera da non sprecare nulla.

I ricercatori hanno inoltre trovato il modo di ridurre al minimo l'energia consumata dal circuito di controllo, così da alimentare in maniera ottimale il dispositivo principale. Il sistema impiega una architettura dual-path, che permette di alimentare il dispositivo principale direttamente dalla fonte oppure tramite un elemento di stoccaggio come una batteria od un supercondensatore. Di norma, invece, la fonte di alimentazione viene utilizzata per caricare l'elemento di stoccaggio da cui poi trarre l'alimentazione per il dispositivo principale.

David Freeman, chief technologist power supply solution per Texas Instruments, pur non avendo partecipato al progetto riconosce il valore del lavoro portato avanti dai ricercatori: "Quanto compiuto dal MIT è molto importante per permettere di recuperare energia in vari ambienti. La capacità di estrarre energia da fonti differenti consente di estendere le funzionalità dei sistemi, come ad esempio i sensori wireless".

L'attività di ricerca è stata finanziata da Interconnec Focus Center, un programma combinato del DARPA - Defens Advanced Research Projects Agencye di realtà attive nel campo della difesa e dei semiconduttori.