美國賓夕法尼亞州立大學科學家研制出一款緊湊型芯片，它能從環境光中捕集能量，驅動片上計算，並同步感知周圍化學物質。這款芯片有望帶來不用充電的設備，即便身處無法更換電池，也無電源插座的環境，依然能持續不斷地工作，可在環境監測、醫療保健等領域大顯身手。相關論文發表於新一期《自然·電子學》雜志。

目前，筆記本電腦、智能手機和智能手表等便攜電子產品大多依賴電池，需要充電。而許多未來的物聯網和邊緣計算系統需部署在偏遠或難以觸及之地，更換電池極不現實。而團隊最新研制出的緊湊集成芯片，融捕能、計算和傳感於“一身”。

該芯片融合了基於二硫化鉬和硒化鎢的兩種不同類型晶體管、硅光伏模塊以及石墨烯傳感器。芯片由3層材料垂直堆疊而成：底層為硅光伏模塊，從環境光中捕集能量﹔中間層是由二硫化鉬晶體管和硒化鎢晶體管構建的低功耗邏輯電路﹔頂層則是石墨烯基化學傳感器。

當液體被置於石墨烯傳感器上時，會改變該層的電響應。產生的電信號沿垂直互聯線路向下傳輸至中間邏輯層，在那裡被轉換為數字代碼。至關重要的是，整個過程由同一芯片上的光採集層供電，完全無需外接電源。

研究証明，硅、石墨烯、二硫化鉬和硒化鎢可在單一芯片內實現三維集成，構建自供電的傳感與計算系統。該芯片是迄今已知最緊湊的光驅芯片之一，層間間距僅50納米。未來，這一間距有望進一步縮小，從而催生更微小的環境光驅器件。

團隊希望讓這些系統更復雜、更可擴展、更實用，包括集成更大規模的電路、拓展傳感器種類、改進光伏與儲能組件，並最終融入低功耗無線通信。另一個重要方向是提升可靠性與可制造性，讓二維材料與傳統材料的單片三維集成更貼近現實世界的邊緣計算系統。（記者劉霞）