Meny

Javascript verkar inte påslaget? - Vissa delar av Lunds universitets webbplats fungerar inte optimalt utan javascript, kontrollera din webbläsares inställningar.
Du är här

Att spara i det lilla – framtidens strömsnåla elektronik

Små sensorer gör ett stort jobb. Allt mer saker kan nu styras och mätas, kännas av och regleras via små sensorer på maskiner, i naturen eller i, och på, oss själva. Sensorer som samlar in och förmedlar mängder med information via trådlös kommunikation och som samtidigt behöver dra väldigt lite ström.
stad i nattljus
Foto: Shutterstock

För att dra ner på strömförbrukningen måste forskarna arbeta med var liten elektronikdetalj, var kretskomponent inom minneskretsar, radiokretsar etc. När man sparar i varje liten elektronikkomponent  inom kommunikationselektroniken kan den sammanlagda vinsten även vara av betydelse för den globala miljön.

Allt fler sensorer

Uppkopplade apparater, såsom sensorer, förväntas öka dramatiskt i antal till tiotals miljarder inom de närmaste fem åren. Inom e-hälsa, till exempel, utvecklas allt fler sensorer för att placeras på och i kroppen och kontinuerligt samla in all form av data om oss, såsom puls, blodtryck, och allt annat som går att mäta.

Dessa sensorer behöver vara små och diskreta samtidigt som de ska kunna samla in stora mängder data utan att batteriet behöver laddas allt för ofta. I vissa fall kan batterier behöva hålla i flera år.

Strömsnål elektronik

På forskningslabbet Integrerade elektroniksystem vid Lunds universitet har många doktorander arbetat med att utveckla befintlig, lågfrekvent, elektronik med målet att radikalt skära ner på strömförbrukningen, berättar doktoranden Therese Forsberg.

– En tidigare kollega, Oskar Andersson, har tagit fram en strömsnål krets som undersöker pulsen för att avgör om en patient har förmaksflimmer. I den sensorn fick han ner effektförbrukning till 40 miljarddelar av 1 Watt.

Med effektförbrukning menas hur mycket energi som används per sekund och det mäts i Watt (W). En mobiltelefon i full gång använder cirka 0,5 W och en laptop 10-20 W.

I integrerade elektroniska kretsar kan strömförbrukningen minskas med flera olika metoder. Det kan exempelvis ingå elektronik som vaknar upp bara när de behövs eller radiokretsar som minimerar mängden ström som går åt när sensorerna kommunicerar. Man kan också, som i den sensor som Oskar Andersson tagit fram, göra de inbyggda minnena mer strömsnåla.

– I många sensorer finns processorer som räknar ut saker och dessa måste ha interna minnen som används vid beräkningar, säger Therese Forsberg. Minnen används i en mycket stor del av all dataöverföring. Och i en normal processor används drygt 70 procent av energiförbrukningen av minnen.

Två forskare som koncentrerat sig på att minska strömförbrukningen i inbyggda minnen är Joachim Rodrigues vid Integrerade elektroniksystem och hans tidigare doktorand Babak Mohammadi.

– Babak Mohammadis arbete har lett till att energiförbrukningen i minnena sänkts med 90 procent, säger Joachim Rodrigues. Totalt sett blir detta en stor förbättring av många digitala integrerade kretsars energieffektivitet.

Idén till hur minnen designas för låg strömförbrukning visade sig vara så bra att Joachim Rodrigues och Babak Mohammadis nu har startat ett utvecklingsbolag, Xenergic, tillsammans.

– Vi utvecklar mycket energisnåla minnen som också är ytmässigt väldigt små, berättar Joachim Rodrigues. Det är roligt att se hur vi kan ta vår forskning ett par steg vidare och få en bra produkt.

Ökad belastning

Den förväntade stora användningen av datorer, sensorer och andra apparater som är kopplade till internet kommer att öka belastningen på datanätverken och dess basstationer.

– Alla servrar i USA som förmedlar googlesökningar, Facebook och Instagram, med mera, drar lika mycket ström som hela Sverige, berättar Joachim Rodrigues.

Mycket av energin går åt till kylning av servrarna när de blir varma. Får man ner energiförbrukning – om än så lite – i var del av elektroniken, minskar det sammanlagda behovet av kylning.

 Alla bidrag till mer energieffektiva kretsar är viktiga .Till skillnad från de tidigare doktoranderna arbetar Therese Forsberg med framtidens elektroniska kretsar som ska fungera på väldigt höga frekvenser, eftersom det inte kommer finnas mer plats inom de låga frekvenserna.

– När man tar sig an ett sådant problem så handlar första steget mer om att kretsarna överhuvudtaget ska fungera, än att de ska dra extremt lite energi, berättar Therese Forsberg. Andra steget är att förbättra prestandan generellt, och där kommer jag in. Som en del av mitt arbete har jag visat att det ibland kan räcka med halva energiförbrukningen.

– Men om fem till tio år sitter det troligen en annan doktorand här som har som enda mål att göra att de högfrekventa kretsarna förbrukar tiotals eller hundratals gånger mindre energi än idag.

– All minskning av energiåtgång är viktig ur klimatsynpunkt, och alla som utvecklar elektronik tänker energieffektivitet, menar Therese Forsberg.

Men, fortsätter hon och hänvisar till en film från ITU (The International Telecommunication Union) – den största insatsen som sektorn för informations- och kommunikationsteknik kan göra för främja en hållbar värld är att vara en del av lösningen inom många andra sektorer.

Det kan handla om smart dosering av tex näring inom jordbruk, minskad bränsleförbrukning, övervakning av klimatförändringar, eller förbättrad digital kommunikation mellan oss människor.
 

Sektorn Informations- och kommunikationsteknik (IKT) i förhållande till de globala målen, en film av The International Telecommunication Union som lyder under FN.

 

 

Kategorier

Box 117, 221 00 LUND
Telefon 046-222 00 00 (växel)
Telefax 046-222 47 20
lu [at] lu [dot] se

Fakturaadress: Box 188, 221 00 LUND
Organisationsnummer: 202100-3211
Om webbplatsen