El nuevo dispositivo contiene un procesador, memoria, un sensor de presión, una célula solar, una batería de litio de película fina, y un transmisor dentro de un pequeño rectángulo de vidrio. Los investigadores de la Universidad de Michigan informaron acerca del dispositivo a principios de esta semana en la Inte acional Solid-State Circuits Conference de San Francisco.
El sensor toma lecturas de presión cada 15 minutos y las almacena en la memoria hasta que se puedan cargar en un dispositivo exte o. La célula solar, que mide sólo 0,07 milímetros cuadrados, constantemente recarga la batería; necesita 1,5 horas de luz solar o 10 horas de luz interior para cargarla por completo.
Dennis Sylvester, ingeniero eléctrico en la Universidad de Michigan, afirma que el verdadero problema a la hora de reducir el dispositivo no fue el tamaño de los circuitos, sino la pequeña cantidad de energía que su batería es capaz de proporcionar. Así que cada componente fue diseñado para utilizar tan poca energía como fuera posible.
De hecho, afirma David Blaauw, ingeniero eléctrico de la Universidad de Michigan y coautor del trabajo, la reducción de los requisitos de energía supuso hacer que los circuitos fueran más grandes de lo que tenían que ser. Unos circuitos más pequeños hubieran filtrado más corriente, lo que requeriría una batería más grande y que todo el paquete fuera más grande. Así que los circuitos se realizaron mediante un proceso de diez años de antigüedad, con el que se consiguen tamaños de 180 nanómetros, en lugar del estándar mode o de 32 nanómetros.
Mientras tanto, las células de memoria tuvieron que ser rediseñadas para funcionar a tan sólo unos 400 milivoltios en lugar del voltio habitual. Los investigadores también utilizaron transistores especiales para bloquear la energía, capaces de cortar casi por completo la corriente cuando el dispositivo está dormido.
El resultado es un sensor que consume sólo 5,3 nanovatios de promedio. Sin embargo el ahorro de energía tiene un precio. El procesador funciona sólo a 100 kilohercios (en comparación con alrededor de 1 gigahercio en un teléfono inteligente), la memoria tiene una capacidad de tan sólo 4.000 bits, y el transmisor inalámbrico tiene un alcance de sólo unos 10 centímetros. Sin embargo, es suficiente para tomar una lectura de la presión y almacenarla durante varios días.
En un documento distinto de la Universidad de Michigan, el ingeniero eléctrico David D. Wentzloff informó acerca de una radio avanzada en miniatura que podría extender el alcance de transmisión de los pequeños sensores, lo que les permitiría trabajar en red.
Las radios normalmente utilizan un cristal de cuarzo o algún otro oscilador para servir como referencia a la hora de ajustar la frecuencia de radio. Sin embargo, el oscilador añade volumen, lo que hace que sea difícil reducir la radio a tamaño milimétrico. La radio de Wentzloff, sin embargo, se aprovecha del hecho de que cada antena tiene una frecuencia de resonancia natural que varía en función de sus dimensiones. Wentzloff creó un circuito que mide esta frecuencia de resonancia y la utiliza para sintonizar la frecuencia de radio. En última instancia, afirma, las radios pequeñas podrían tener un rango de uno a 10 metros, permitiendo que las redes de sensores se comunicaran entre sí.
Los sensores de diminuto tamaño se podrían utilizar para la vigilancia biomédica, como por ejemplo el seguimiento de los progresos de los tumores. También podrían ser usados para vigilar el medio ambiente frente a contaminantes, o para proporcionar vigilancia en aplicaciones militares o de seguridad.