Các thiết bị thông minh không dùng pin để thu năng lượng xung quanh cho IoT

Các thiết bị thông minh không dùng pin để thu năng lượng xung quanh cho IoT

    Các thiết bị thông minh không dùng pin để thu năng lượng xung quanh cho IoT
    của Michael Allen, Horizon: Tạp chí Nghiên cứu & Đổi mới của EU

    Battery-free smart devices to harvest ambient energy for IoT
    Internet of Things cho phép các thiết bị thông minh trong nhà và các công nghệ có thể đeo được như đồng hồ thông minh của chúng tôi giao tiếp và hoạt động cùng nhau. Ảnh: Ponchai nakumpa qua Pixabay


    Hệ thống quản lý năng lượng thu năng lượng xung quanh sẽ cung cấp năng lượng cho hàng tỷ thiết bị nhỏ trên Internet of Things.

    Các thiết bị điện tử nhỏ bé được kết nối internet đang trở nên phổ biến. Cái gọi là Internet of Things (IoT) cho phép các thiết bị thông minh trong nhà và các công nghệ có thể đeo được như đồng hồ thông minh giao tiếp và hoạt động cùng nhau. Các thiết bị IoT ngày càng được sử dụng rộng rãi trong tất cả các ngành công nghiệp để thúc đẩy khả năng kết nối lẫn nhau và tự động hóa thông minh như một phần của 'cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư'.

    Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư dựa trên công nghệ kỹ thuật số đã phổ biến rộng rãi như các thiết bị được kết nối, trí tuệ nhân tạo, robot và in 3D. Nó được kỳ vọng là một nhân tố quan trọng trong việc cách mạng hóa xã hội, nền kinh tế và văn hóa.

    Những thiết bị nhỏ, tự trị, được kết nối với nhau và thường không dây này đã và đang đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta bằng cách giúp chúng ta có nhiều tài nguyên hơn và tiết kiệm năng lượng hơn, có tổ chức, an toàn, bảo mật và lành mạnh.

    Tuy nhiên, có một thách thức quan trọng — làm thế nào để cấp nguồn cho những thiết bị nhỏ bé này. Câu trả lời rõ ràng là "pin". Nhưng nó không hoàn toàn đơn giản.

    Thiết bị nhỏ

    Nhiều thiết bị trong số này quá nhỏ để sử dụng pin có tuổi thọ cao và chúng được đặt ở những vị trí xa xôi hoặc khó tiếp cận — ví dụ như ở giữa đại dương theo dõi một container vận chuyển hoặc ở trên cùng của một silo chứa ngũ cốc, theo dõi mức độ của ngũ cốc. Những loại địa điểm này khiến việc phục vụ một số thiết bị IoT trở nên vô cùng khó khăn và không khả thi về mặt thương mại và hậu cần.

    Mike Hayes, người đứng đầu CNTT-TT về hiệu quả năng lượng tại Viện Quốc gia Tyndall ở Ireland, tóm tắt về thị trường. Ông nói: “Người ta dự đoán rằng chúng ta sẽ có một nghìn tỷ cảm biến trên thế giới vào năm 2025,“ Đó là một nghìn tỷ cảm biến ”.

    Theo Hayes, người điều phối dự án EnABLES (Cơ sở hạ tầng châu Âu cung cấp sức mạnh cho Internet vạn vật), con số đó không quá điên rồ như ban đầu.

    Nếu bạn nghĩ về các cảm biến trong công nghệ mà ai đó có thể mang trên người hoặc có trong xe hơi, nhà riêng, văn phòng của họ cộng với các cảm biến được nhúng trong cơ sở hạ tầng xung quanh họ như đường bộ và đường sắt, bạn có thể biết con số đó đến từ đâu, anh ấy giải thích. .

    Hayes nói: “Trong thế giới nghìn tỷ cảm biến IoT được dự đoán vào năm 2025, chúng ta sẽ ném hơn 100 triệu pin vào các bãi chôn lấp trừ khi chúng ta kéo dài đáng kể tuổi thọ pin.

    Tuổi thọ pin

    Bãi chôn lấp không phải là mối quan tâm duy nhất về môi trường. Chúng ta cũng cần phải xem xét tất cả các vật liệu để làm pin sẽ đến từ đâu. Dự án EnABLES đang kêu gọi EU và các nhà lãnh đạo trong ngành suy nghĩ về tuổi thọ pin ngay từ đầu khi thiết kế các thiết bị IoT để đảm bảo rằng pin không giới hạn tuổi thọ của các thiết bị.

    Hayes nói: “Chúng tôi không cần thiết bị này tồn tại mãi mãi. "Bí quyết là bạn cần phải tồn tại lâu hơn ứng dụng mà bạn đang phục vụ. Ví dụ: nếu bạn muốn giám sát một thiết bị công nghiệp, bạn có thể muốn nó tồn tại từ 5 đến 10 năm. Và trong một số trường hợp, nếu bạn thực hiện một dịch vụ thường xuyên ba năm một lần, khi pin kéo dài hơn ba hoặc bốn năm thì có lẽ là đủ tốt. "

    Mặc dù nhiều thiết bị có tuổi thọ hoạt động hơn 10 năm, nhưng tuổi thọ pin của cảm biến không dây thường chỉ từ một đến hai năm.

    Bước đầu tiên để có tuổi thọ pin dài hơn là tăng năng lượng được cung cấp bởi pin. Ngoài ra, việc giảm mức tiêu thụ điện năng của các thiết bị sẽ kéo dài thời lượng pin. Nhưng EnABLES còn tiến xa hơn nữa.

    Dự án quy tụ 11 ​​viện nghiên cứu hàng đầu Châu Âu. Cùng với các bên liên quan khác, EnABLES đang làm việc để phát triển các cách thức sáng tạo để thu thập các năng lượng nhỏ xung quanh như ánh sáng, nhiệt và rung động.

    Thu hoạch những năng lượng như vậy sẽ kéo dài tuổi thọ pin hơn nữa. Mục đích là tạo ra pin tự sạc có tuổi thọ lâu hơn hoặc cuối cùng là chạy tự động.

    Máy thu hoạch năng lượng

    Theo Hayes, các máy thu hoạch năng lượng xung quanh, chẳng hạn như máy thu hoạch rung động nhỏ hoặc bảng điều khiển năng lượng mặt trời trong nhà, tạo ra lượng điện năng thấp (trong khoảng miliwatt) có thể kéo dài đáng kể tuổi thọ pin của nhiều thiết bị. Chúng bao gồm các vật dụng hàng ngày như đồng hồ, thẻ nhận dạng tần số vô tuyến (RFID), máy trợ thính, máy dò carbon dioxide và cảm biến nhiệt độ, ánh sáng và độ ẩm.

    EnABLES cũng đang thiết kế các công nghệ quan trọng khác cần thiết cho các thiết bị IoT nhỏ bé. Không bằng lòng với việc nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng, dự án cũng đang cố gắng phát triển một khuôn khổ và các công nghệ tiêu chuẩn hóa và tương thích cho các thiết bị này.

    Một trong những thách thức quan trọng với các công cụ IoT tự động là quản lý điện năng. Nguồn năng lượng có thể không liên tục và ở mức rất thấp (microwatts), và khác nhau 

    Các phương pháp khai thác cung cấp các dạng năng lượng khác nhau đòi hỏi các kỹ thuật khác nhau để chuyển đổi thành điện năng.

    Nhỏ giọt ổn định

    Huw Davies, là giám đốc điều hành của Trameto, một công ty đang phát triển quản lý điện năng cho các ứng dụng điện piezo. Ông chỉ ra rằng năng lượng từ các thiết bị quang điện có xu hướng nhỏ giọt ổn định, trong khi năng lượng từ các thiết bị áp điện, chuyển đổi năng lượng xung quanh từ các chuyển động (dao động) thành năng lượng điện, thường xuất hiện theo từng đợt.

    Davies nói: “Bạn cần một cách để lưu trữ cục bộ năng lượng đó trong một cửa hàng trước khi nó được chuyển đến nơi có tải, vì vậy bạn cần phải có những cách quản lý.

    Ông là điều phối viên của dự án HarvestAll, dự án đã phát triển một hệ thống quản lý năng lượng cho năng lượng xung quanh có tên là OptiJoule.

    OptiJoule hoạt động với các vật liệu áp điện, quang điện và máy phát điện nhiệt. Nó có thể tự hoạt động với bất kỳ nguồn nào trong số này hoặc với nhiều nguồn thu năng lượng cùng một lúc.

    Mục đích là cho phép các cảm biến tự hoạt động tự duy trì. Về nguyên tắc, nó khá đơn giản. Davies nói: “Những gì chúng ta đang nói đến là các cảm biến được cung cấp năng lượng cực thấp thực hiện một số phép đo kỹ thuật số. "Nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, bất kể đó là gì, với dữ liệu từ đó được đưa vào internet."

    Mạch tích hợp

    Thiết bị mạch tích hợp quản lý năng lượng HarvestAll điều chỉnh để phù hợp với các loại máy thu hoạch năng lượng khác nhau. Nó lấy năng lượng khác nhau và không liên tục do những máy gặt này tạo ra và lưu trữ, chẳng hạn như trong pin hoặc tụ điện, sau đó quản lý việc cung cấp năng lượng đầu ra ổn định cho cảm biến.

    Tương tự như dự án EnABLES, ý tưởng là tạo ra công nghệ tiêu chuẩn hóa sẽ cho phép phát triển nhanh chóng các thiết bị IoT tự động / thời lượng pin dài ở châu Âu và thế giới.

    Davies cho biết, mạch quản lý năng lượng hoạt động hoàn toàn độc lập và tự động. Nó được thiết kế để có thể chỉ cần cắm vào máy gặt đập năng lượng hoặc kết hợp máy gặt và cảm biến. Theo Davies, để thay thế pin, nó có một lợi thế đáng kể bởi vì "Nó sẽ hoạt động."

    Zalo
    Hotline