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随着我们对电子小工具和传感器的需求的增长，科学家们想出了新的方法来使设备以更少的能量供电更长的时间。
借助一种被称为量子隧穿的物理现象，实验室中发明的最新传感器可以在一次能量爆发下运行整整一年。
隧道效应意味着借助5000万电子跃迁，这种简单而便宜的设备（仅由四个电容器和两个晶体管组成）可以持续运行很长一段时间。
物理学的量子规则，应用在最小的原子尺度上，意味着电子既可以表现为粒子又可以表现为波，并且科学家能够利用这种行为来精确控制电子从电路的一侧流向另一侧。
图注：量子隧道传感器芯片组和Fowler-Nordheim隧道势垒。（图片来自查克拉巴蒂实验室）
圣路易斯华盛顿大学的电气工程师尚塔努·查克拉巴蒂（Shantanu Chakrabartty）说：“如果要到达另一侧，就必须亲自爬上山坡。”“量子隧道更像是穿过山丘。”
为了产生电流，设备需要能够对电子施加足够强的推动力——称为阈值能量，因为该推动力必须超过某个阈值。当您尝试使设备以尽可能低的功率运行时，达到该阈值可能会很棘手。
这是量子力学部分的用武之地：通过采取某些方法来塑造需要克服的势垒，可以通过多种不同方式控制电子的流动。
在这种情况下，“势垒”就是所谓的Fowler-Nordheim隧道势垒，厚度不到100个原子。通过以这种方式建立势垒，科学家们能够在保持系统（和设备）稳定并开启的同时，减慢电子的流动速度。
“想象有一个苹果挂在树上，”查克拉巴蒂说，“你可以摇一摇树，但苹果不会掉下来。你必须给它足够的拖力，以使苹果摇晃。”“这是使电子在势垒上移动所需的最少能量。”
设备内有两个动力系统，一个动力系统带有一个换能器（能量转换器）。该团队必须向后工作以塑造他们的势垒，首先测量电子运动，然后相应地完善Fowler-Nordheim的设置。
研究人员最终得到的是一种设备，它利用两个内部系统之间的相互作用来感知和记录数据，无需额外的电源。例如，类似的东西可用于监测血液中的葡萄糖，或测量疫苗运输的温度——不需要电池。
在这种情况下，所使用的传感器是压电加速度计，它可以感应并由周围的运动提供动力，但是长期运行的高效系统的基本原理也可以应用于其他类型的能量收集。
“目前，该平台是通用的。” 查克拉巴蒂说，“这仅取决于您与设备耦合的内容。只要您拥有可以产生电信号的传感器，它就可以为我们的传感器数据记录器自供电。”
