I ricercatori della Penn State hanno sviluppato un chip 3D monolitico che funziona interamente con la luce ambientale senza utilizzare una batteria. Il circuito integrato è in grado di eseguire calcoli e rilevare sostanze chimiche sfruttando al tempo stesso l’energia solare, riducendo al minimo la necessità di frequenti sostituzioni della batteria in località remote.
Il chip presenta un design che impila fotovoltaico in silicio, logica complementare MoS₂/WSe₂ e sensori chimici in grafene a circa 50 nanometri l’uno dall’altro. Questa disposizione compatta riduce i requisiti di spazio sulla scheda, le perdite di cablaggio e la latenza associati ai tradizionali sistemi alimentati a batteria.
Gli ingegneri sono sempre più alla ricerca di dispositivi elettronici senza batteria che utilizzino energia rinnovabile per soddisfare le esigenze dell’Internet of Things (IoT) e dei sistemi di edge computing di lunga durata. Saptarshi Das, uno degli autori della ricerca, ha dichiarato: “Abbiamo dimostrato che materiali eterogenei – silicio, grafene, MoS₂ e WSe₂ – possono essere integrati monoliticamente in tre dimensioni per creare un sistema di rilevamento e calcolo autoalimentato”.
I sensori di grafene rilevano i liquidi e inviano segnali elettrici allo strato logico, dove vengono elaborati i dati. Il modulo fotovoltaico in silicio nella parte inferiore converte la luce ambientale in elettricità per alimentare il dispositivo. Questo approccio salta in modo significativo parti dell’architettura tradizionale dei dispositivi.
Lo sviluppo non solo dimostra le capacità di un chip compatto senza batteria, ma apre anche la porta a circuiti 2D più grandi che potrebbero incorporare principi di progettazione simili. Le applicazioni future potrebbero incentrarsi sull’alimentazione dei sistemi IoT in luoghi in cui l’accesso alla batteria per la manutenzione è difficile.
