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Una ingeniera de la UPNA diseña circuitos de muy bajo consumo para aumentar la autonomía de dispositivos inteligentes

Muchos de estos dispositivos son los utilizados por aparatos del ámbito doméstico dentro del denominado internet de las cosas.

Los circuitos diseñados por Garde están en dispositivos energéticamente autónomos, como los utilizados en muchos escenarios del internet de las cosas. ARCHIVO
Los circuitos diseñados por Garde están en dispositivos energéticamente autónomos, como los utilizados en muchos escenarios del internet de las cosas. ARCHIVO  

María Pilar Garde Luque, ingeniera de Telecomunicación por la UPNA, ha diseñado en su tesis doctoral nuevos circuitos integrados de muy bajo consumo para dispositivos energéticamente autónomos, como los utilizados en muchos escenarios del internet de las cosas.

Su tesis Power-efficient CMOS circuits for Energy Harvesting supplied Internet of Things systems, dirigida por el catedrático de Teoría de la Señal y Comunicaciones, Antonio López Martín, ha obtenido la calificación de sobresaliente cum laude con mención internacional.

El concepto del internet de las cosas se refiere a la interconexión de objetos cotidianos gracias al uso de electrónica integrada, lo que les permite compartir datos obtenidos por sensores.

"La mayoría de estos objetos son teléfonos inteligentes -señala María Pilar Garde-, pero se han empezado a utilizar diversidad de aparatos tanto en el ámbito doméstico (electrodomésticos, por ejemplo) como en el industrial, militar, médico, ambiental o automotriz". "Estos aparatos pueden proporcionar información sobre el entorno en el que se encuentran, al detectar ciertos parámetros y actuar en consecuencia, por lo que se los denomina dispositivos inteligentes. Se calcula que en el año 2025 habrá 34.200 millones de dispositivos interconectados", explica.

El objetivo de la tesis ha sido diseñar nuevos circuitos, de muy bajo consumo, para aumentar la autonomía de esa variedad de dispositivos. "La energía es uno de los temas críticos en el internet de las cosas, ya que buscamos que los dispositivos consuman la menor potencia posible, para ser autónomos durante más tiempo", recalca esta investigadora.

La ingeniera de la Universidad Pública de Navarra María Pilar Garde Luque. CEDIDA

Los diseños propuestos fueron analizados y validados con medidas experimentales gracias a la fabricación de varios chips. "Las prestaciones obtenidas han sido muy superiores al resto, lo que se traduce en circuitos con alto nivel de eficiencia energética; es decir, más rápidos y precisos, cuando la potencia consumida es la misma", indica.

SIN REEMPLAZO DE BATERÍA

Existen ciertos escenarios en el que el reemplazo frecuente de la batería es inadecuado o inviable. Algunos ejemplos son los dispositivos biomédicos (marcapasos, desfibriladores implantables) que requieren de cirugías invasivas, o las redes con un número elevado de nodos, como es el caso de las utilizadas en monitorización ambiental (para controlar los niveles de contaminación, la presencia de plagas, la actividad volcánica y sísmica, etc.), o en entornos industriales hostiles. En estos casos, el uso de pequeñas baterías se combina con técnicas de recolección de energía residual (energy harvesting). Estos sistemas adquieren la energía del entorno (del viento, sonidos, luz, movimiento u ondas electromagnéticas) y la almacenan en una batería secundaria o en un supercondensador, para proporcionar una fuente de alimentación estable o generar altas corrientes de pico cuando sea necesario; por ejemplo, durante la transmisión de datos.

Como la tendencia es que estos dispositivos sean más pequeños y ligeros, en lugar de aumentar la capacidad de las baterías, esta investigadora optó por disminuir el consumo de potencia del circuito. Esto la llevó a centrarse tanto en la tensión de alimentación como en la corriente. "Analicé varias técnicas y las apliqué en el diseño de diversos circuitos. Al final, los resultados fueron satisfactorios, ya que hemos conseguido diseñar circuitos con alto nivel de eficiencia energética", expone.

María Pilar Garde Luque es ingeniera de Telecomunicación por la UPNA. En el 2015, se incorporó al programa de doctorado en Tecnologías de las Comunicaciones, Bioingeniería y Energías Renovables (TECOMBER), bajo la supervisión del catedrático Antonio López Martín. Durante la elaboración de la tesis doctoral, realizó dos estancias de tres meses cada una en la Klipsch School of Electrical and Computer Engineering, perteneciente a la New Mexico State University (Las Cruces, Nuevo Mexico, Estados Unidos) y en el departamento Information & Communication Technologies, Electronics and Applied Mathematics (ICTEAM) en la Université Catholique de Louvain (Louvain-la-Neuve, Bélgica). Actualmente, es investigadora en el grupo de Comunicación, Señales y Microondas y en el Instituto de Smart Cities.

Además, es autora de ocho artículos publicados en revistas internacionales y de 14 contribuciones a congresos internacionales. Asimismo, ha participado en cinco proyectos de investigación: tres de ellos, financiados por el Ministerio de Economía, Industria y Competitividad; y dos, con financiación del Gobierno de Navarra.


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