Il nuovo amplificatore operazionale sviluppato da Pedro Toledo, dottorando presso il Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni del Politecnico di Torino, ha caratteristiche eccezionali. Non solo è minuscolo, grande quanto una cellula umana, ma consuma pochissimo, e può fare a meno di batterie, alimentandosi attraverso una minuscola cella solare.
L’amplificatore operazionale è un circuito necessario per elaborare il segnale analogico proveniente dai sensori e gode di caratteristiche molto vantaggiose sia per quanto riguarda i consumi (assorbe soltanto 500 picoWatt, 30 volte meno rispetto ai migliori circuiti attualmente sul mercato), sia per quanto riguarda le dimensioni, dato che occupa un’area di silicio inferiore a 1500micron quadrati, riducendo di 20 volte le dimensioni degli amplificatori con caratteristiche simili allo stato dell’arte.
Questo risultato apre la strada a nuove applicazioni, per esempio in sistemi IoT – un mercato che coinvolgerà 106,1 miliardi di dollari entro il 2026 secondo gli analisti – 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. Altre applicazioni possono arrivare dall’ambito biomedicale, con dispositivi impiantabili nel corpo umano di dimensioni confrontabili con le cellule umane, in grado di rilevare in tempo reale informazioni di interesse clinico e di trasferirle all’esterno del corpo attraverso un collegamento wireless.
L’importanza di questo progetto è data dal fatto che, se è vero che il costante sviluppo delle tecnologie dei semiconduttori ha permesso di migliorare sempre più le prestazioni e di ridurre in modo eccezionale il consumo di energia e le dimensioni dei circuiti digitali, è altrettanto vero che i circuiti analogici come gli amplificatori non hanno praticamente tratto vantaggio dai recenti sviluppi tecnologici. Per questo motivo gli amplificatori e gli altri circuiti analogici, che sono tuttavia indispensabili in ogni sistema elettronico – per acquisire segnali provenienti dal mondo esterno e per convertirli in formato digitale – rappresentano oggi un punto critico in termini di consumo di energia e di dimensioni dei sistemi elettronici integrati e rappresentano un importante ostacolo per lo sviluppo di tecnologie emergenti quali l’IoT e dispositivi biomedicali impiantabili.
«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», spiega il professor Crovetti. «Il lavoro di Pedro è stato reso possibile grazie al finanziamento alla ricerca di base del Politecnico di Torino e grazie alle collaborazioni internazionali con Ufrgs (Brasile) e Nus (Singapore)».
«Questa attività ha visto coinvolti ricercatori di tre continenti – aggiunge il ricercatore Pedro Toledo – 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».
