Los teléfonos inteligentes se han convertido en un elemento insustituible en nuestra vida cotidiana. Ya sea en la vida profesional o en la personal, todas las tareas, de un modo u otro, están relacionadas con estos dispositivos. Para satisfacer nuestra creciente dependencia, los teléfonos inteligentes se vuelven cada día más potentes. Procesadores potentes, más almacenamiento y una cámara mejorada son las características que todo comprador busca.
Aparte del sistema operativo, los consumidores también utilizan una variedad de aplicaciones que utilizan diferentes sensores y la potencia de procesamiento de nuestro dispositivo. Todos estos procesos requieren una fuente de energía para funcionar, que, en el caso de los dispositivos móviles, es una batería. Estas baterías deben cargarse de vez en cuando para mantener los procesos en funcionamiento. De ahí que la mayor duración de la batería sea otro criterio importante a la hora de elegir un teléfono inteligente. La tecnología relacionada con la optimización de la duración de la batería no se ha desarrollado al mismo ritmo que otros sectores de la industria de los teléfonos inteligentes.
El aumento de la duración de la batería de un teléfono inteligente se puede realizar mediante técnicas de hardware y software. Hacer cambios en el hardware también podría significar instalar una batería más grande, pero eso implicaría aumentar el tamaño del teléfono inteligente. El diseño de unidades de gestión de la energía y de circuitos integrados (CI) eficientes es una solución factible. Además, las mejoras de software en el sistema operativo para gestionar las aplicaciones que consumen mucha batería y hacer un buen uso de la misma se consideran otra posible solución al problema. En este artículo se analizarán las técnicas de software y hardware para optimizar la duración de la batería de los teléfonos inteligentes.
Técnicas de gestión de la energía del software
La enorme popularidad de los teléfonos inteligentes de hoy en día, con mayor capacidad de procesamiento y una conexión a Internet más rápida, también ha incrementado la cantidad de aplicaciones de uso intensivo de datos y hardware tanto en Android como en iOS. Aplicaciones como WhatsApp, Instagram, Skype, etc. no solo demandan recursos de la CPU sino que también requieren una conexión a Internet a tiempo completo. Los estudios han revelado que el uso de Internet constituye alrededor del 62 % del consumo de energía en estado de reposo. Además, el 3G/4G consume más batería que el Wi-Fi cuando se intercambian con frecuencia paquetes de datos de pequeño tamaño.
Para optimizar la duración de la batería pueden utilizarse varias técnicas de software, como la compresión de datos, la agregación de paquetes y la programación por lotes. La transmisión aleatoria de datos por parte de diferentes aplicaciones en un teléfono inteligente consume más batería, por lo que se puede utilizar un mecanismo de programación por lotes para maximizar el tiempo de reposo y minimizar la frecuencia de despertar por la transferencia recurrente de datos por parte de las aplicaciones.
La descarga de datos de 3G/4G a Wi-Fi es otra forma eficaz de mejorar la duración de la batería, ya que el Wi-Fi es más eficiente en comparación con el 3G/4G para la transferencia de datos. Otra técnica de software consiste en descargar en la nube las tareas de computación más complejas, como el software de uso intensivo de la CPU para los computadores. Esta estrategia puede utilizarse para operar software como Office 365 y MATLAB en dispositivos móviles, pero implica un coste adicional de comunicación entre la nube y el dispositivo. El proxy de estado de aplicación (ASP, por sus siglas en inglés) es otra técnica en la que las aplicaciones en segundo plano, que no solo utilizan recursos de la CPU sino también datos de Internet, se suprimen y se transfieren a otro dispositivo y se traen al dispositivo solo cuando se solicita.
Técnicas de gestión de la energía del hardware
Diferentes sistemas integrados, chips, procesadores y sensores se incorporan para trabajar de forma sincronizada y hacer que estos dispositivos móviles sean inteligentes. Cada uno de sus dispositivos de hardware consume energía mientras funciona. De todos estos módulos electrónicos, el módulo transceptor es el que más energía consume, ya que permanece activo durante mucho tiempo para recibir los paquetes entrantes. Se han discutido varias técnicas de software para optimizar la transferencia de datos de estos paquetes. Los procesadores digitales de señales (DSP) son componentes clave de estos módulos transceptores, que procesan una gran cantidad de datos para uso multimedia. Reducir la tensión de suministro de estos DSP es un método directo para disminuir el consumo de energía.
Para prolongar la duración de la batería, el DSP de un teléfono inteligente requiere una acumulación multiplicativa (MAC) de bajo consumo y alto rendimiento durante el período de conversación y un funcionamiento intermitente de bajo consumo durante el periodo de espera. Un circuito CMOS multiumbral de 1 V cumple estos requisitos con una sencilla arquitectura paralela y una técnica de gestión de la energía mediante un procesador integrado que se utiliza junto con un DFF modificado adecuado para el control de la fuente de alimentación.
Crédito de la imagen: Electronics Maker
Además de los procesadores y transceptores, la pantalla es otro de los principales consumidores de energía de la batería. Las pantallas LED que requieren luz trasera consumen más energía, por lo que pueden sustituirse por otras más eficientes como las OLED, que consumen menos. El OLED, a diferencia de las pantallas LCD y LED, no requiere iluminación trasera y cada píxel en OLED tiene su propia fuente de color y luz. Así, las imágenes negras en OLED serán negras por completo, pero no ocurre lo mismo con los LED y los LCD.
Las investigaciones han demostrado que la degradación de la vida útil de las baterías con el paso del tiempo también puede deberse al fluoruro de polivinilideno (PVDF), que es un aglutinante utilizado para evitar la exfoliación del ánodo de grafito en las baterías. El PVDF no es conductor y se disuelve en el electrolito debido a su escasa adherencia. También se propuso un nuevo copolímero conjugado de tipo n, el aglutinante de bis-imino-acefenoquinona-parafenileno (BP), que superó a los aglutinantes convencionales a base de PVDF, aumenta la vida útil de la pila y evita su degradación a medida que ésta envejece.
Los investigadores también han propuesto una unidad de administración de potencia dinámica (PMU) que recoge información sobre diferentes parámetros del procesador y los dispositivos de salida/entrada mientras se ejecutan diferentes aplicaciones en el teléfono inteligente. La PMU propondría entonces esquemas de gestión predictiva de la energía basados en la información recopilada.
Clientes potenciales de la administración de potencia en los teléfonos inteligentes
El ritmo al que avanza la industria de los teléfonos inteligentes en términos de potencia de procesamiento y otras características es mucho más rápido que el de las baterías. Los investigadores se centran ahora en las técnicas de gestión de la energía, tanto por software como por hardware, para gestionar de forma eficiente la energía disponible en la batería. Las diferentes técnicas que se comentan en el artículo son prometedoras por naturaleza y se están utilizando para aumentar la duración de la batería de los teléfonos inteligentes en múltiples ocasiones.