Nuevo sensor altamente eficiente para la Internet de las Cosas

La Internet de las Cosas (IoT) consiste en dispositivos y aplicaciones que recopilan y distribuyen datos para la vida cotidiana. Los dispositivos y procesos sensores en los que se basa la IoT tienen que ser pequeños, versátiles y eficientes energéticamente. Ahora, investigadores de la Agencia de Ciencia, Tecnología e Investigación de Singapur (A * STAR) han desarrollado un nodo sensor procesador que es capaz de realizar detección inteligente usando niveles ultra bajos de energía.

Las aplicaciones de la IoT van desde el procesamiento de señales biomédicas hasta el control del estado de vehículos y detección medioambiental. La mayoría de los dispositivos de IoT son pequeños en tamaño, lo que significa que suelen consumir sólo una pequeña cantidad de energía.

Esto es un desafío para los procesadores que toman la información de los sensores y analizan los datos, ya que sus demandas de energía, por el contrario, son grandes, explican Liu Xin y Jun Zhou, del equipo de investigación.

«Los límites espaciales para fuentes de energía tales como baterías conducen a un presupuesto de energía crítico, en el nivel de los microvatios», dice Liu en la nota de prensa de A * STAR. «A este nivel, el diseño del procesador es extremadamente difícil si se quiere conseguir un consumo ultra bajo de energía, al tiempo que se mantienen las funciones completas. »

Típicamente, cuanto menor sea el voltaje de funcionamiento, menor es el consumo de energía total. El equipo de investigación del Instituto de Microelectrónica adoptó técnicas de diseño de circuitos y sistemas de voltaje ultra bajo, y ​​desarrolló diversos aceleradores de hardware para el procesamiento de alta energía de señales a partir de la información de los sensores.

Señales

Un avance clave adicional es posible, señala la nota, mediante la adopción de un enfoque más inteligente para la adquisición de la señal, mediante la utilización de conocimientos acerca de las señales de los sensores específicos.

En muchas aplicaciones, las señales del sensor tienen la forma de picos repentinos, que se procesan mejor usando tecnologías cognitivas de muestreo. La ventaja de esas técnicas es que reducen la cantidad de datos que hace falta procesar en un 40 por ciento, lo que reduce en gran medida el consumo de energía.

Usando tales técnicas, los investigadores fueron capaces de desarrollar un diseño de nodo sensor procesador que puede funcionar con voltajes de operación ultra-bajos, de 0,5 voltios, y que usa sólo entre 29 y 39 picojulios por ciclo de operación.

Ciudades ‘inteligentes’

El diseño representa un paso hacia un conjunto más amplio de sistemas de hardware, explica Liu.

«Los dispositivos de IoT emergentes desempeñan un papel clave para apoyar la iniciativa Smart Nation en una amplia gama de aplicaciones», dice Liu. Smart Nation es una iniciativa a nivel nacional que pretende convertir Singapur en un país inteligente.

«Nuestro equipo de investigación», añade Liu, «tiene como objetivo desarrollar circuitos y sistemas de hardware con elevada eficiencia energética, para lograr un alto rendimiento, inteligencia artificial, alta eficiencia energética, y un alto nivel de seguridad.»

Otro investigador de Singapur, Rajesh Balan, trabaja en varios proyectos de ciudades y ciudadanos inteligentes, aprovechando las tecnologías móviles. Por ejemplo, los usuarios pueden informar a través de sus teléfonos de cuándo está lleno un cubo de basura, para que lo recojan, o detectar rápidamente mesas y sillas libres en la biblioteca.

Balan, de la Escuela de Sistemas de Información de la Universidad de Gestión de Singapur, desarrolla nuevas tecnologías informáticas móviles para diversas aplicaciones, incluyendo la gestión del tráfico, billeteras digitales y las redes sociales.

Referencia bibliográfica:

Xin Liu, Jun Zhou, Chao Wang, Kah-Hyong Chang, Jianwen Luo, Jingjing Lan, Lei Liao, Yat-Hei Lam, Yongkui Yang, Bo Wang, Xin Zhang, Wang Ling Goh, Tony Tae-Hyoung Kim, Minkyu Je: An Ultralow-Voltage Sensor Node Processor With Diverse Hardware Acceleration and Cognitive Sampling for Intelligent Sensing. IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs (2015). DOI: 10.1109/TCSII.2015.2468927.