Pedro Toledo, dottorando presso il Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni del Politecnico di Torino, insieme al professor Paolo Crovetti ha progettato l’amplificatore operazionale a più basso consumo mai realizzato. Il progetto ha visto anche la collaborazione con il team del professor Sergio Bambi dell’Universidade Federal di Rio Grande do Sul e con il gruppo GreenIC del professor Massimo Alioto, della National University of Singapore.
Il ricercatore Pedro Toledo ha dichiarato: “Questa attività ha visto coinvolti ricercatori di tre continenti e ha portato ad 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”.
Il sistema elettronico realizzato è un componente che fa parte dei circuiti integrati e la sua funzione primaria è l’amplificazione dei 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 in questo campo: il suo funzionamento richiede soltanto 500 picoWatt, ben 30 volte in meno in confronto ai migliori circuiti attualmente sul mercato, con una superficie in silicio inferiore a 1500 micron quadrati, 20 volte in meno rispetto ai migliori amplificatori già esistenti. I risultati conseguiti dal Politecnico di Torino sono stati pubblicati sul periodico IEEE Solid-State Circuits Letters e verranno presentati, a inizio dicembre, durante la conferenza ISICAS2021 di Singapore.
Negli ultimi anni, i circuiti analogici come gli amplificatori non hanno quasi tratto alcun vantaggio dal recente sviluppo tecnologico dei semiconduttori, che ha contribuito a migliorare le prestazioni e a ridurre sia il dispendio energetico che le dimensioni dei circuiti digitali. Gli amplificatori analogici sono però indispensabili per il funzionamento dei sistemi elettronici, permettendo di convertire in digitale svariate tipologie di segnali provenienti dal mondo esterno. Il prodotto del lavoro di Pedro Toledo e di tutti i team a suo supporto rappresenta quindi una svolta importante nel superare molti ostacoli ancora esistenti nello sviluppo di tecnologie IoT.
In una nota diffusa dall’ateneo torinese si legge: “Ha le dimensioni di una cellula umana e consuma così poco da poter funzionare senza batterie, alimentato soltanto da una minuscola cella solare. 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”.
Il professor Crovetti ha aggiunto: “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”.
Saranno possibili anche applicazioni in ambito biotech e medtech, per esempio per realizzare dispositivi funzionali impiantabili nel corpo umano che avranno dimensioni pari a quelli di una cellula e che potranno funzionare da monitoraggio continuo di funzioni vitali, di parametri clinici e chimico-fisici da trasmettere in tempo reale all’esterno in modalità wireless.
