Sensor de temperatura: na fronteira da potência quase zero

A medição de temperatura que estamos acostumados no nosso dia a dia é aquela relacionada ao tempo e corpo humano. As variações desses indicativos servem fundamentalmente para monitorar alguns padrões, como tomar a temperatura do corpo para detectar se alguém está com febre.

Mas, existem algumas áreas de aplicação onde o processo de medição de temperatura está sendo realizado em pequena escala. Nos últimos anos, o avanço da tecnologia empregada nos dispositivos eletrônicos tem sido a chave para a miniaturização de sensores em tamanhos nunca antes imaginados.

Neste sentido, pesquisadores da Universidade da Califórnia, San Diego, Estados Unidos, recentemente desenvolveram um sensor de temperatura de potência quase zero, de apenas 113 picowatts, o que significa cerca de 10 bilhões de vezes menor que um watt.

A solução tornou-se possível através de um fenômeno conhecido como "vazamento de porta". Os transistores muitas vezes têm uma porta com a qual eles podem permitir ou não o fluxo de elétrons em um circuito, mas quanto menor os transistores ficam, mais fino torna o material da porta e alguns dos elétrons começam então a vazar - esse efeito é conhecido como tunelamento quântico.

Em vez de tentar eliminar esse vazamento de elétrons, considerado como um problema em sistemas como microprocessadores ou circuitos analógicos de precisão, os pesquisadores da UC San Diego optaram por tentar controlá-lo, usando essencialmente os minúsculos níveis de fluxos de elétrons para alimentar um circuito. A exploração desse fenômeno tem como objetivo a construção de uma fonte de corrente de potência ultra-baixa e de eficiência extrema.

Para digitalizar a temperatura, os pesquisadores usaram outra abordagem inovadora para digitalizar a temperatura diretamente e economizar energia: ao invés de passar a corrente através de um resistor, cuja resistência muda com a temperatura, medindo a tensão resultante e, em seguida, converter essa tensão em leitura analógico-digital, eles usaram a corrente para carregar dois capacitores.

O sistema consiste em duas fontes de corrente de potência ultra-baixa: um que carrega o capacitor durante um tempo fixo, independentemente da temperatura, e o outro capacitor que se carrega mais lenta a temperaturas mais baixas, e mais rápida a temperaturas mais altas.
O resultado é um sensor de temperatura que usa 628 vezes menos potência do que os sensores de última geração.

O próximo passo a ser dado pelos pesquisadores é trabalhar para a melhoraria da precisão do sensor de temperatura e otimizar o seu design para que ele possa ser integrado com sucesso em dispositivos comerciais.

Fonte: Nature, UC San Diego

crédito: UC San Diego
Sensor de temperatura de potência quase zero
O sensor de temperatura proposto foi integrado a um microchip de silício e ocupou uma área de 0,15 milímetros quadrados.