隨著我們對電子小工具和傳感器的需求的增長，科學家們想出了新的方法來使設備以更少的能量供電更長的時間。
藉助一種被稱為量子隧穿的物理現象，實驗室中發明的最新傳感器可以在一次能量爆發下運行整整一年。
隧道效應意味著藉助5000萬電子躍遷，這種簡單而便宜的設備（僅由四個電容器和兩個電晶體組成）可以持續運行很長一段時間。
物理學的量子規則，應用在最小的原子尺度上，意味著電子既可以表現為粒子又可以表現為波，並且科學家能夠利用這種行為來精確控制電子從電路的一側流向另一側。
圖註：量子隧道傳感器晶片組和Fowler-Nordheim隧道勢壘。（圖片來自查克拉巴蒂實驗室）
聖路易斯華盛頓大學的電氣工程師尚塔努·查克拉巴蒂（Shantanu Chakrabartty）說：「如果要到達另一側，就必須親自爬上山坡。」「量子隧道更像是穿過山丘。」
為了產生電流，設備需要能夠對電子施加足夠強的推動力——稱為閾值能量，因為該推動力必須超過某個閾值。當您嘗試使設備以儘可能低的功率運行時，達到該閾值可能會很棘手。
這是量子力學部分的用武之地：通過採取某些方法來塑造需要克服的勢壘，可以通過多種不同方式控制電子的流動。
在這種情況下，「勢壘」就是所謂的Fowler-Nordheim隧道勢壘，厚度不到100個原子。通過以這種方式建立勢壘，科學家們能夠在保持系統（和設備）穩定並開啟的同時，減慢電子的流動速度。
「想像有一個蘋果掛在樹上，」查克拉巴蒂說，「你可以搖一搖樹，但蘋果不會掉下來。你必須給它足夠的拖力，以使蘋果搖晃。」「這是使電子在勢壘上移動所需的最少能量。」
設備內有兩個動力系統，一個動力系統帶有一個換能器（能量轉換器）。該團隊必須向後工作以塑造他們的勢壘，首先測量電子運動，然後相應地完善Fowler-Nordheim的設置。
研究人員最終得到的是一種設備，它利用兩個內部系統之間的相互作用來感知和記錄數據，無需額外的電源。例如，類似的東西可用於監測血液中的葡萄糖，或測量疫苗運輸的溫度——不需要電池。
在這種情況下，所使用的傳感器是壓電加速度計，它可以感應並由周圍的運動提供動力，但是長期運行的高效系統的基本原理也可以應用於其他類型的能量收集。
「目前，該平臺是通用的。」 查克拉巴蒂說，「這僅取決於您與設備耦合的內容。只要您擁有可以產生電信號的傳感器，它就可以為我們的傳感器數據記錄器自供電。」
該研究已經發表在《自然通訊》上。