Forscher der Pennsylvania State University haben einen kompakten integrierten Schaltkreis (IC) entwickelt, der Energie ausschliesslich aus Umgebungslicht gewinnt. Der angeschlossene Mikroprozessor führt wie ein Computer Berechnungen aus. Der neue Chip beinhaltet zudem einen Sensor, der Chemikalien identifizieren kann. Das Prinzip, Umgebungslicht zur Versorgung von elektronischen Geräten mit elektrischer Energie zu nutzen, ist laut den Experten vorbildhaft und wegweisend.
Der ungewöhnliche Chip ist auf einer Unterlage mit Silizium-Solarzellen aufgebaut, die rundum angeordnet sind. Die leere Mitte des Wafers bietet Platz für den Mikroprozessor und den zuoberst angeordneten Sensor. "Wir hatten uns gefragt, ob wir nicht ein elektronisches System entwickeln können, das Informationen nicht nur erfasst, sondern auch lokal verarbeitet und sich mit Energie aus der Umgebung versorgt", so Saptarshi Das. Details sind in "Nature Electronics" veröffentlicht worden.
Laut dem Forscher der Pennsylvania State University müssen viele künftige Systeme des Internets der Dinge und des Edge Computing an abgelegenen oder schwer zugänglichen Orten betrieben werden, an denen ein Batteriewechsel unpraktisch ist. "Wir wollten einen kompakten, vollständig integrierten Chip demonstrieren, der Energiegewinnung, Sensorik und Rechenleistung in einer einzigen monolithischen dreidimensionalen Architektur vereint", so der Wissenschaftler weiter.
Vor allem bei künstlicher Beleuchtung liefern die Solarzellen nur wenig Strom. Das haben die Entwickler berücksichtigt, indem sie den Mikroprozessor aus stromsparende Logikschaltungen aus zweidimensionalen Halbleitern: n-Typ-MoS2- und p-Typ-WSe2-Transistoren aufgebaut haben, also aus Molybdändisulfid und Wolframdiselenid. Zudem sind sie, ähnlich wie Graphen, nur wenige Moleküllagen dick.
Der zuoberst angeordnete Sensor basiert auf Graphen. Kommt dieser in Kontakt mit einer Chemikalie, verändern sich seine elektrischen Eigenschaften. Das daraus resultierende Signal wird vom darunterliegenden Mikroprozessor ausgewertet. Das: "Wir haben gezeigt, dass Sensorik, Rechenleistung und Energiegewinnung im Nanobereich nahe beieinander angeordnet werden können, was den Platzbedarf, die Länge der Wege, den die Infos zurücklegen müssen, und den Energiebedarf drastisch reduziert."
