背景

 

 

suiranwulianwangmuqianrengchuyuchujijieduan，dantazhengduiyuwomenrichangshenghuoyijixuduoxingyedeweilaichanshengzhezhongyaodeyingxiang。conggainianzouxiangxianshideguochengzhong
，wulianwangshebeizaoyudaodeguanjiantiaozhanzhiyi，jiushizaiyangeshouxiandenengyuantiaojianxiajinxingchangqichijiudecaozuo，zhexuyaojigaodegonglvxiaolv。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IoT設she備bei中zhong
，相xiang比bi於yu電dian池chi為wei之zhi提ti供gong電dian力li的de單dan個ge芯xin片pian，電dian池chi本ben身shen要yao大da很hen多duo並bing且qie昂ang貴gui達da三san倍bei。電dian池chi的de尺chi寸cun由you傳chuan感gan器qi節jie點dian的de續xu航hang時shi間jian決jue定ding，續xu航hang時shi間jian直zhi接jie影ying響xiang到dao電dian池chi多duo久jiu需xu要yao充chong一yi次ci電dian。電dian池chi的de尺chi寸cun，與yu它ta的de維wei護hu成cheng本ben以yi及ji被bei處chu理li時shi對dui環huan境jing產chan生sheng的de影ying響xiang都dou有you著zhe重zhong要yao關guan係xi。為wei了le延yan長chang總zong的de續xu航hang時shi間jian，電dian池chi通tong常chang會hui從cong環huan境jing中zhong采cai集ji一yi些xie有you限xian的de能neng量liang，緩huan慢man地di再zai次ci充chong電dian，例li如ru采cai用yong太tai陽yang能neng。

 

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 具(ju)有(you)一(yi)種(zhong)新(xin)的(de)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)技(ji)術(shu)，該(gai)技(ji)術(shu)讓(rang)它(ta)可(ke)無(wu)需(xu)任(ren)何(he)其(qi)他(ta)電(dian)池(chi)的(de)幫(bang)助(zhu)，隻(zhi)采(cai)用(yong)位(wei)於(yu)芯(xin)片(pian)上(shang)的(de)微(wei)型(xing)太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)，就(jiu)可(ke)以(yi)在(zai)微(wei)弱(ruo)的(de)光(guang)線(xian)下(xia)，自(zi)啟(qi)動(dong)並(bing)持(chi)續(xu)工(gong)作(zuo)。

 

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；dangdianchidianlianghaojinshi，xinpianqiehuanzhizuidigonglvmoshi

，yunxingshidegonghaofeichangdi，zhiyoubannawa。zhezhonggonghaoyueweizhinengshoujitonghuashigonghaodeshiyifenzhiyi。yigexinpianshangdeweixing（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，NUSgongchengtuanduizhengzaikaifaxindefangan
，goujianwanquanbuzaihudianchidianliangdexitong
，fugaicongchuanganqidaowuxiantongxinxitongdezhenggexinhaolian，zaiweikongzhiqiyudianyuanguanlifangmianjixutuozhanmuqiandeyanjiu。

 

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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