Un nuovo amplificatore operazionale cambierà il futuro dell’IoT?

foto: ansa.it

Un passo in più nel futuro dell’IoT, grazie al circuito di ultima generazione, a basso consumo, realizzato presso il Politecnico di Torino, destinato ad applicazioni rivoluzionarie in ambito IoT e biomedicale.

È un circuito necessario ad elaborare il segnale analogico proveniente dai sensori che, come si legge in una nota stampa diffusa dal Politecnico, “…ha le dimensioni di una cellula umana e consuma così poco da poter funzionare senza batterie, alimentato soltanto da una minuscola cella solare“.

I dati dello studio sono pubblicati in IEEE Solid-State Circuits Letters e saranno presentati nel corso della conferenza ISICAS2021, in programma dal 9 all’11 dicembre 2021 a Singapore.

È l’amplificatore operazionale a più basso consumo mai realizzato, questo messo a punto da Pedro Toledo, dottorando del Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni del Politecnico di Torino, con la guida del professor Paolo Crovetti, in collaborazione con il gruppo del professor Sergio Bambi dell’Universidade Federal di Rio Grande do Sul e con il gruppo GreenIC del professor Massimo Alioto, presso la National University of Singapore.

L’amplificatore sviluppato da Pedro Toledo riesce ad abbattere i consumi e a ridurre le dimensioni grazie all’applicazione di una tecnica innovativa ideata dal nostro gruppo negli ultimi anni, che prevede di “tradurre in digitale” il funzionamento di circuiti analogici come gli amplificatori, così da poter trarre pienamente vantaggio dei recenti sviluppi delle tecnologie dei semiconduttori. Il lavoro di Pedro è stato reso possibile grazie al finanziamento alla ricerca di base del Politecnico di Torino e grazie alle collaborazioni internazionali con UFRGS (Brasile) e NUS (Singapore)” ha spiegato il professor Crovetti. “Questo risultato apre la strada a nuove applicazioni, per esempio in sistemi di Internet of Things (IoT) energeticamente autonomi, in grado cioè di prelevare direttamente dall’ambiente circostante l’energia necessaria per funzionare, senza necessità di batterie o collegamenti alla rete elettrica“.

“Questa attività ha visto coinvolti ricercatori di tre continenti – aggiunge il ricercatore Pedro Toledo – e ha portato a un significativo avanzamento dello stato dell’arte degli amplificatori. L’amplificatore digitale proposto non solo batte i record di consumi e di area, ma permette anche di ridurre in modo significativo i tempi di progetto. Questo è di grande interesse per l’industria dei semiconduttori, dove il tempo è denaro”.

Negli ultimi anni, i circuiti analogici, come gli amplificatori, non hanno tratto importanti vantaggi dallo sviluppo tecnologico dei semiconduttori, ciò non toglie che essi siano indispensabili per il funzionamento dei sistemi elettronici. Questi, infatti, permettono di convertire in digitale svariate tipologie di segnali provenienti dal mondo esterno.

Quello realizzato è un circuito integrato con il compito di amplificare i segnali in ingresso provenienti dai sensori del dispositivo di cui fa parte o al quale è connesso. I risultati del lavoro di Toledo costituiscono una vera rivoluzione in termini di dimensioni e consumi: sono necessari soltanto 500 picoWatt, oltre 30 volte meno rispetto ai migliori circuiti attualmente sul mercato, occupando un’area di silicio inferiore a 1500 micron quadrati, riducendo, quindi, di 20 volte le dimensioni dei migliori amplificatori con caratteristiche simili.

Il lavoro svolto da Toledo e dall’intero team a suo supporto rappresenta una vera e propria svolta per superare molti ostacoli ancora esistenti nello sviluppo di applicazioni innovative nel panorama IoT e biomedicale, ad esempio lo sviluppo di dispositivi impiantabili nel corpo umano di dimensioni paragonabili a quelli delle cellule umane, in grado di rilevare in tempo reale dati clinici e trasferirli attraverso un collegamento wireless.

Redazione Fare Elettronica