美国宾夕法尼亚州立大学研究团队开发出一款无需电池、仅靠环境光即可运行的自供能芯片，能够在检测化学物质的同时完成信号处理。研究人员表示，这一设计有望用于难以更换电池的物联网（IoT）设备和边缘计算场景。

据科技媒体TechRadar当地时间13日报道，这项研究的关键在于改变传统上“传感、运算和供电分别由不同芯片承担”的设计思路，转而将相关功能以垂直堆叠方式集成到同一颗芯片中。

研究团队称，相较于多颗芯片连接的方案，单芯片垂直集成可减少基板占用面积和互连长度，从而降低能量损耗与信号延迟。

从结构上看，该芯片由三层组成。最上层是基于石墨烯的传感器，用于检测液体中的化学物质并将其转换为电信号；中间层为半导体逻辑电路，负责处理传感信号；最下层则是硅太阳能电池，负责将环境光转化为电能，为整个系统供电。

为实现这一结构，研究人员将二硫化钼（MoS2）、二硒化钨（WSe2）等二维半导体材料，与石墨烯及硅太阳能电池集成为一体化三维架构。

论文共同作者、宾夕法尼亚州立大学教授 Saptarshi Das 表示，通过把硅、石墨烯以及MoS2、WSe2等不同材料集成到同一三维结构中，系统得以同时实现传感、运算和能量采集。与传统方案相比，其最大特点是不再依赖多芯片之间的互连，而是将这些功能在纳米尺度内紧密布局。

Das 还表示，单芯片集成不仅有助于缩小芯片尺寸，也能缩短互连路径，进而提升能效并降低信号传输延迟。

这项研究之所以受到关注，也与IoT和边缘计算市场持续扩张有关。在远程传感器、工业IoT设备等难以接近的应用环境中，更换电池或进行充电并不容易，因此能够长期运行、且不依赖外部电源的低功耗半导体技术一直被视为关键方向。

研究团队指出，这款芯片目前仍处于针对特定用途优化的小型电路阶段，但其意义在于为无电池电子设备的研发提供了新的思路。

研究人员进一步表示，随着利用可再生能源的无电池电子设备日益受到关注，将传感、运算和供电功能集成于单一芯片的设计方式，未来有望拓展至更广泛的应用，并可延伸至更复杂的电路和远程IoT设备。

不过，这项技术并不意味着短期内能够取代通用处理器。研究团队预计，其更可能率先落地于低功耗、超小型电路，以及难以更换电池的远程IoT系统等领域。

业内认为，随着AI与IoT设备加速普及，兼顾低功耗与长期自主运行能力的半导体需求正在升温，市场也在关注这项研究能否成为下一代自供能集成电路的基础技术。