低功耗|新加坡国立大学研究出物联网设备供电新方法，可在电池耗尽时自行启动并运行

物联网（IoT）虽然还处于初级阶段，但它正在改变许多行业的未来，并将以重大方式影响我们的日常生活。将物联网设备从概念转移到现实的关键挑战之一是在供电受限制的情况下长期运行，因此要求物联网设备具有极高的能效。

如传感器等物联网设备通常大规模部署，并且通常位于偏远且难以定期维护的地方，因此实现供电等自给自足至关重要。

目前，物联网设备中的电池比他们供电的单芯片要大得多，且价格高出三倍左右。电池的大小由传感器的寿命决定，这直接影响电池的更换频率，对电池的维护成本和对环境的影响非常重要。

为了延长整个电池使用寿命，通常需要从环境中收集一些有限的能量（例如使用太阳能电池）对电池进行缓慢再充电。但现有的物联网设备无法在没有电池的情况下运行，且如果电池过小会很快耗尽。因此，电池的小型化通常会导致物联网设备的高度不连续操作，每当电池电量耗尽时设备都停止运行。

智能微芯片

智能微芯片BATLESS采用新颖的电源管理技术设计，只需使用非常小的片上太阳能电池，使其能够在昏暗的灯光下自行启动并继续运行。这项研究的突破大大减少了为物联网传感器供电所需的电池尺寸，使其体积缩小10倍，生产成本更低。

图 Massimo Alioto副教授（上图中间）及其团队开发了一款智能微芯片BATLESS，即使在电池电量耗尽时也能自行启动并继续运行。这种新颖的技术可以实现更小、更便宜的物联网（IoT）设备。

新加坡国立大学工程学院电子与计算机工程系副教授Massimo Alioto表示：“我们已经证明物联网设备的电池可以大幅缩小，因为物联网传感器并不总是需要保持持续运行。这一研究将为拥有万亿物联网设备的世界铺平道路。“

无电池运行

“电池冷漠”是指即使电池电量耗尽的情况下物联网设备仍能继续运行，通过控制芯片在两种不同模式下运行来实现 - 最小能量和最小功率。当电池能量可用时，芯片以最小能量模式运行以最大化电池寿命。但是，当电池耗尽时，芯片切换到最小功耗模式，并以大约半纳瓦的微小功耗运行 - 这比在通话期间智能手机的功耗小约十亿倍。功率可以由面积约为半平方毫米的非常小的片上太阳能电池或环境中可获得的其他形式的能量（例如振动或热量）提供。

BATLESS微芯片可以不间断地感应、处理、获取、感兴趣的事件，并允许数据在电池再次可用时无线传输到云端。

尽管在电池不可用时处于最低功耗模式，但该团队认为，对于需要检测各种参数（包括温度、湿度、光线和压力）慢慢变化的众多物联网应用，微芯片的速度仍然适用。

Aliotoof表示：“在最低功耗模式下，BATLESS使用的功率比用于固定最低能耗操作的现有最佳微控制器低1000至10万倍。与此同时，我们的16位微控制器也比当前用于最小功率操作的其他微控制器运行快10万倍。”

未来工作

新加坡国立大学的研究人员正在探索如何构建完整的与电池无关系统，涵盖从传感器到无线通信的整个信号链，扩展了目前在微控制器和电源管理方面的工作。

该团队旨在展示一种解决方案，将电池缩小到毫米，其长期目标是完全消除物联网设备对电池的需求。