背景

 

 

雖sui然ran物wu聯lian網wang目mu前qian仍reng處chu於yu初chu級ji階jie段duan，但dan它ta正zheng對dui於yu我wo們men日ri常chang生sheng活huo以yi及ji許xu多duo行xing業ye的de未wei來lai產chan生sheng著zhe重zhong要yao的de影ying響xiang。從cong概gai念nian走zou向xiang現xian實shi的de過guo程cheng中zhong，物wu聯lian網wang設she備bei遭zao遇yu到dao的de關guan鍵jian挑tiao戰zhan之zhi一yi


，就jiu是shi在zai嚴yan格ge受shou限xian的de能neng源yuan條tiao件jian下xia進jin行xing長chang期qi持chi久jiu的de操cao作zuo，這zhe需xu要yao極ji高gao的de功gong率lv效xiao率lv。IoT 設備
，比如傳感器，通常會大規模部署在那些偏遠並難以定期服務的地方，所以讓它們的能量變得自給自足非常有必要。

 

目前，在IoTshebeizhong，xiangbiyudianchiweizhitigongdianlidedangexinpian，dianchibenshenyaodahenduobingqieangguidasanbei。dianchidechicunyouchuanganqijiediandexuhangshijianjueding
，xuhangshijianzhijieyingxiangdaodianchiduojiuxuyaochongyicidian。dianchidechicun，yutadeweihuchengbenyijibeichulishiduihuanjingchanshengdeyingxiangdouyouzhezhongyaoguanxi。weileyanchangzongdexuhangshijian
，dianchitongchanghuiconghuanjingzhongcaijiyixieyouxiandenengliang
，huanmandizaicichongdian，lirucaiyongtaiyangneng。

 

無論如何，大多數現有的IoT設備還是無法離開電池來運行（雖然目前科學家們已經開發出一些旨在擺脫電池的自供電技術），並且小型電池完全放電更加頻繁。因此，電池小型化通常會使得IoT設備的工作經常間斷。因為每當電池電量耗盡時
，IoT設備就要停止工作。

 

創新

 

（圖片來源：NUS）

 

為了填補這一技術鴻溝，新加坡國立大學（NUS）工程師團隊開發出一種稱為“BATLESS”的創新型芯片。即使在電池電量耗盡時
，該芯片仍然可以繼續工作。BATLESS juyouyizhongxindedianyuanguanlijishu
，gaijishurangtakewuxurenheqitadianchidebangzhu

，zhicaiyongweiyuxinpianshangdeweixingtaiyangnengdianchi，jiukeyizaiweiruodeguangxianxia
，ziqidongbingchixugongzuo。

 

這項突破性研究發表於2018年在舊金山召開的國際固態電路會議（ISSCC）上
，該會議是展示固態電路和係統級芯片科研進展的首要的全球性論壇。

 

技術

 

即使在電池電量耗盡時
，“不在乎電池”（Battery indifference）的能力使得IoT設備仍可以持續運行。這種能力通過兩種工作模式來實現：最低能量和最低功率。當電池還有電時，芯片工作於最低能量模式下，使電池續航時間變得最長；當dang電dian池chi電dian量liang耗hao盡jin時shi，芯xin片pian切qie換huan至zhi最zui低di功gong率lv模mo式shi
，運yun行xing時shi的de功gong耗hao非fei常chang低di，隻zhi有you半ban納na瓦wa。這zhe種zhong功gong耗hao約yue為wei智zhi能neng手shou機ji通tong話hua時shi功gong耗hao的de十shi億yi分fen之zhi一yi。一yi個ge芯xin片pian上shang的de微wei型xing（麵積約為0.5平方毫米）太陽能電池，或者從環境中采集的能量（例如：振動或者熱量），都可以用於提供如此微小的能量。

 

芯片在最低能量和最低功率模式之間切換的能力

，使得電池尺寸從幾厘米縮小至幾毫米。BATLESS 芯片開啟了一係列非凡的能力，不間斷地對興趣事件進行感知、處理
、捕捉和打時戳
，以及在電池再次變得有電時，將這些有價值的數據通過無線方式傳輸至雲端。

 

BATLESS 也配備了一種新型電源管理技術，可實現自啟動，同時直接由芯片上的微型太陽能電池供電，無需其他電池協助。團隊通過一個50勒克斯的室內光照強度進行了演示，這個光照強度相當於黃昏時的微弱光線，對應於納瓦級的功率。如此一來，BATLESS可以不在乎電池電量，從而解決了在無電池芯片中之前未得到解決的問題。

 

價值

 

這項突破性的研究充分減小了為IoT傳chuan感gan器qi節jie點dian供gong電dian的de電dian池chi尺chi寸cun
，使shi得de它ta們men縮suo小xiao至zhi十shi分fen之zhi一yi且qie製zhi造zao成cheng本ben更geng低di。除chu了le在zai電dian池chi電dian量liang耗hao盡jin時shi，采cai用yong最zui小xiao功gong率lv模mo式shi，減jian速su的de芯xin片pian還hai可ke應ying用yong於yu一yi些xie列lie物wu聯lian網wang場chang景jing，感gan知zhi隨sui著zhe時shi間jian變bian化hua緩huan慢man的de參can數shu
，例li如ru：溫度、濕度、光線和壓力。此外
，BATLESS還具有其他的應用
，例如智能建築
、環境監測、能量管理以及讓生活空間滿足居住者的需求。

 

NUS 科研團隊的領導者，NUS 工學院電氣與計算機工程係副教授 Massimo Alioto表示：“BATLESS shishougebuzaihudianchidianliangdexinxingxinpiananli。zaizuidigonglvmoshixia，xiangbiyuweiyigudingzuidinengliangyunxingershejidexianyouzuijiadeweikongzhiqi
，tashiyongdenengliangjinweishiwanfenzhiyidaoqianfenzhiyi。tongshi，xiangbijinqishejideyigudingzuidinengliangyunxingdeqitaweikongzhiqi
，womende16比特微控製器運行速度快十萬倍。總之，BATLESS 芯片涵蓋了非常廣泛的能量、功率和速度因素，因為兩種不同的模式帶來了靈活性。”

 

Massimo Alioto副教授還表示：“我們演示了用於IoT設備的電池可被充分縮小

，因為保持連續工作時並不是總需要它們。在朝著無需電池的IoT傳感器節點的最終版本目標邁進的過程中
，解決這一根本性問題成為了一個重要進展，為打造一個具有數萬億IoT設備的世界鋪平了道路。”

 

未來

 

目前，NUS工gong程cheng團tuan隊dui正zheng在zai開kai發fa新xin的de方fang案an，構gou建jian完wan全quan不bu在zai乎hu電dian池chi電dian量liang的de係xi統tong，覆fu蓋gai從cong傳chuan感gan器qi到dao無wu線xian通tong信xin係xi統tong的de整zheng個ge信xin號hao鏈lian
，在zai微wei控kong製zhi器qi與yu電dian源yuan管guan理li方fang麵mian繼ji續xu拓tuo展zhan目mu前qian的de研yan究jiu。

 

在完全無需電池的長期目標指引下
，團隊開發出一種將電池縮小至毫米級的方案。它將成為朝著全球IoT願景邁出的重要一步
，也將使得我們的星球變得更加綠色和智能。

 

（圖片來源於：維基百科）

 

 

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