Eletrônica

Microssensor perpétuo captura sua própria energia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/02/2010

O novo sensor, 1.000 vezes menor do que seus antecessores, poderá ter aplicações biomédicas, na área industrial e no monitoramento ambiental.
[Imagem: Daeyeon Kim]

Sensor ambiental

Engenheiros da Universidade de Michigan, nos Estados Unidos, apresentaram o menor sensor autônomo já construído, alimentado por energia solar, com apenas 9 milímetros cúbicos.

O minúsculo aparelho poderá finalmente viabilizar uma série de tecnologias promissoras, mas que ainda dependiam de miniaturização das fontes de alimentação.

Suas aplicações incluem implantes biomédicos e redes de sensores ambientais, destinados ao monitoramento de pontes e outras grandes obras de construção civil, além de coletar dados ambientais propriamente ditos, como a qualidade do ar e da água.

Microssensor

O aparelho, constituído por células solares e bateria, para permitir que o sensor funcione 24 horas por dia, além do circuito de gerenciamento de todo o sistema, mede 2,5 por 3,5 por 1 milímetro.

Segundo os pesquisadores, além de ser mais de 1.000 vezes menor do que os sensores hoje disponíveis, ele poderá funcionar virtualmente de forma perpétua.

A miniaturização do sensor foi possível graças ao processador ARM Cortex-M3, um microprocessador RISC de 32 bits altamente eficiente em termos de consumo de energia, exigindo 2.000 vezes menos potência em modo sleep do que seus concorrentes comerciais mais próximos.

Sensor perpétuo

"Nosso sistema pode funcionar quase perpetuamente se exposto a condições de iluminação razoáveis, mesmo em ambientes fechados", afirma David Blaauw, um dos criadores do novo sensor. "Seu único fator limitante é o desgaste da bateria, mas a bateria deverá durar muitos anos".

A limitação não se refere à energia contida na bateria, já que ela é recarregada pelas células solares, mas pela sua durabilidade em termos de ciclos de carga e recarga.

O sensor passa a maior parte de seu tempo no modo sleep, acordando brevemente a cada poucos minutos para fazer suas medições e transmitir os resultados. Seu consumo de energia total médio é inferior a 1 nanowatt. Um nanowatt corresponde a um bilionésimo de um watt.

Gestão de energia

Os engenheiros afirmam que a maior inovação é o seu método de gestão de energia. O processador precisa de apenas 0,5 Volt para funcionar, mas a bateria Cymbet de estado sólido libera perto de 4 volts. A tensão, que é essencialmente a pressão da corrente elétrica, deve então ser reduzida para que o sistema funcione de forma mais eficiente.

"Se usássemos os métodos tradicionais, o processo de conversão de tensão consumiria muitas vezes mais energia do que o próprio processador," explica Dennis Sylvester, outro membro da equipe.

A solução foi diminuir a frequência (clock) do chip de gerenciamento de energia quando a carga sobre o processador está baixa. "Nós pulamos batimentos [do relógio] se a tensão estiver suficientemente estável," diz Sylvester.

Sensor de pressão

Os pesquisadores já estão trabalhando com colegas médicos para explorar o potencial de aplicações do novo dispositivo na área da saúde.

O microssensor permitirá a criação de formas menos invasivas para monitorar mudanças da pressão nos olhos, no cérebro e em tumores em pacientes com glaucoma, traumas na cabeça, ou câncer.

No corpo, o sensor poderá retirar sua energia do movimento ou do calor, em vez da luz - veja também Borracha que gera energia poderá alimentar marcapassos e celulares.