近期落幕的IEEE年度傳感器技術(shù)大會(huì)(IEEE Sensor 2016) 上,美國(guó)國(guó)防部高等研究計(jì)畫(huà)署(DARPA)向公眾展示了他們能夠?qū)崿F(xiàn)待機(jī)“零功耗”的最新傳感器。
據(jù) DARPA 的項(xiàng)目經(jīng)理Troy Olsson介紹,這種“零功耗”傳感器待機(jī)時(shí)并絕對(duì)的“零功耗”,而是待機(jī)時(shí)的能量耗損非常小可以忽略。之所以能做到這一點(diǎn),是由于該傳感器使用了先進(jìn)的微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)工藝,利用超大規(guī)模集成電路的制造技術(shù)將微處理器、微傳感器、控制處理電路以及供電裝置等模組集中制造在一個(gè)單片硅基板上,形成了一個(gè)小巧、緊湊、超低功耗的整體。
此外,為了減少電能損耗,科學(xué)家們還在傳感器的供電方式上做了更深度的優(yōu)化。Troy Olsson稱這種“零功耗”傳感器能夠利用被探測(cè)信號(hào)本身的能量來(lái)為傳感器供電,例如電磁波、物理震動(dòng)、超聲波信號(hào)等,DARPA可以將這些被測(cè)信號(hào)的能量轉(zhuǎn)化成自身工作的電能,并通過(guò)盡量簡(jiǎn)單和低功耗的方式將探測(cè)結(jié)果反饋到接收端。例如當(dāng)探測(cè)到敵方的通訊電磁波時(shí),收發(fā)器可能只需要發(fā)送一串低功耗的“蜂鳴”信號(hào)以示告警,而無(wú)需消耗大量電能發(fā)送最原始的探測(cè)數(shù)據(jù)。
Troy Olsson介紹,視應(yīng)用場(chǎng)景而定,“零功耗”傳感器也會(huì)搭載一定容量的電池。除了作為系統(tǒng)最主要的能量來(lái)源之外,這些電池還能存儲(chǔ)太陽(yáng)能板、物理震動(dòng)能量收集器等裝置在傳感器待機(jī)時(shí)收集到的微小能量,為更長(zhǎng)久的待機(jī)提供支持。
圖示為大規(guī)模部署的傳感器網(wǎng)絡(luò),只在發(fā)送告警信息時(shí)被喚醒
Troy Olsson表示:“我們希望降低傳感器的功耗,使之能長(zhǎng)期部署于戰(zhàn)場(chǎng)而不需更換電池。目前的做法是,在喚醒功耗更大的信號(hào)處理器和收發(fā)器之前,利用信號(hào)本身來(lái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行。這一做法目前看來(lái)是有效的,經(jīng)科學(xué)家們的測(cè)算,憑借這一技術(shù)制造的‘零功耗’傳感器配合恰當(dāng)?shù)碾姵丶夹g(shù),將能夠?qū)崿F(xiàn)在戰(zhàn)場(chǎng)連續(xù)工作至少10年而不需要更換電池?!?/span>