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(Noticias de Nanowerk) Los diminutos dispositivos electrónicos conectados a Internet se están volviendo omnipresentes. El llamado Internet de las cosas (IoT) permite que nuestros dispositivos inteligentes en el hogar y las tecnologías portátiles como nuestros relojes inteligentes se comuniquen y trabajen entre sí. Los dispositivos IoT se utilizan cada vez más en todo tipo de industrias para impulsar la conectividad y la automatización inteligente como parte de la «cuarta revolución industrial».
La cuarta revolución industrial se basa en tecnologías digitales ya generalizadas, como dispositivos conectados, inteligencia artificial, robótica e impresión 3D. Se espera que sea un factor significativo en la revolución de la sociedad, la economía y la cultura.
Estos dispositivos pequeños, autónomos, conectados y, a menudo, inalámbricos ya están desempeñando un papel clave en nuestra vida cotidiana, ayudándonos a ser más eficientes en cuanto a recursos y energía, organizados, seguros y saludables.
Sin embargo, existe un desafío clave: cómo alimentar estos pequeños dispositivos. La respuesta obvia es «baterías». Pero no es tan simple.
Dispositivos pequeños
Muchos de estos dispositivos son demasiado pequeños para usar una batería de larga duración y se encuentran en lugares remotos o de difícil acceso, por ejemplo, en medio del océano para rastrear un contenedor de envío o encima de un elevador de granos para monitorear niveles de Grano. Estos tipos de ubicaciones hacen que el mantenimiento de algunos dispositivos IoT sea extremadamente difícil y no factible desde el punto de vista económico y logístico.
Mike Hayes, Jefe de TIC para la Eficiencia Energética del Instituto Nacional Tyndall de Irlanda, resume el mercado. “Se proyecta que para 2025 tendremos un billón de sensores en todo el mundo”, dijo, “eso es mil millones de sensores”.
Ese número no es tan loco como parece a primera vista, según Hayes, coordinador del proyecto EnABLES (Infraestructura europea que impulsa el Internet de las cosas) financiado por Horizon.
Si piensa en los sensores en la tecnología que alguien usa en su cuerpo o tiene en su automóvil, hogar, oficina, así como los sensores integrados en la infraestructura que los rodea, como carreteras y vías férreas, puede ver que explicó de dónde vino ese número. de.
«En el mundo proyectado de billones de sensores IoT para 2025, tiraremos más de 100 millones de baterías a los vertederos todos los días a menos que prolonguemos significativamente la vida útil de las baterías», dijo Hayes.
Duración de la batería
Los vertederos no son el único problema ambiental. También debemos considerar de dónde vendrá todo el material para hacer las baterías. El proyecto EnABLES hace un llamado a la UE y a los líderes de la industria para que piensen en la duración de la batería desde el principio al desarrollar dispositivos IoT, para garantizar que las baterías no limiten la vida útil de los dispositivos.
«No necesitamos el dispositivo para siempre», dijo Hayes. “El truco es que tienes que sobrevivir a la aplicación que estás operando. Por ejemplo, si desea monitorear un dispositivo industrial, probablemente desee que dure de cinco a diez años. Y en algunos casos, si realiza un servicio regular cada tres años, probablemente sea suficiente si la batería dura más de tres o cuatro años.’
Aunque muchos dispositivos tienen una vida útil de más de 10 años, la vida útil de la batería de los sensores inalámbricos suele ser de uno a dos años.
El primer paso para prolongar la vida útil de las baterías es aumentar la energía suministrada por las baterías. La reducción del consumo de energía de los dispositivos también prolonga la vida útil de la batería. Pero EnABLES va más allá.
El proyecto reúne a 11 institutos de investigación europeos líderes. Junto con otras partes interesadas, EnABLES trabaja para desarrollar formas innovadoras de aprovechar pequeñas energías ambientales como la luz, el calor y las vibraciones.
Recolectar tales energías prolongará aún más la vida útil de la batería. El objetivo es crear baterías de carga automática que duren más o que, en última instancia, funcionen de forma autónoma.
recolectores de energía
Según Hayes, los recolectores de energía ambiental, como un pequeño recolector vibratorio o un panel solar interior, que generan pequeñas cantidades de electricidad (en el rango de milivatios) podrían extender significativamente la vida útil de la batería de muchos dispositivos. Esto incluye objetos cotidianos como relojes, etiquetas de identificación por radiofrecuencia (RFID), audífonos, detectores de dióxido de carbono y sensores de temperatura, luz y humedad.
EnABLES también está desarrollando otras tecnologías clave necesarias para los diminutos dispositivos IoT. No contento con mejorar la eficiencia energética, el proyecto también busca desarrollar un marco y tecnologías estandarizadas e interoperables para estos dispositivos.
Uno de los mayores desafíos con las herramientas IoT operadas de forma autónoma es la administración de energía. La fuente de energía puede ser intermitente y en niveles muy bajos (microvatios), y los diferentes métodos de recolección producen diferentes formas de energía que requieren diferentes técnicas para la conversión a electricidad.
goteo constante
Huw Davies es director ejecutivo de Trameto, una empresa que desarrolla gestión de energía para aplicaciones piezoeléctricas. Señala que la energía de los dispositivos fotovoltaicos tiende a llegar en forma constante, mientras que la de los dispositivos piezoeléctricos, que convierten la energía ambiental del movimiento (vibración) en energía eléctrica, generalmente llega en ráfagas.
«Necesita una forma de almacenar esa energía localmente en una tienda antes de que se entregue a una carga, por lo que necesita formas de administrar eso», dijo Davies.
Es el coordinador del proyecto HarvestAll financiado por Horizon, que desarrolló un sistema de gestión de energía ambiental llamado OptiJoule.
OptiJoule trabaja con materiales piezoeléctricos, fotovoltaicos y generadores termoeléctricos. Puede funcionar con cualquiera de estas fuentes sola o con múltiples fuentes de recolección de energía al mismo tiempo.
El objetivo es permitir que los sensores autónomos sean autosuficientes. En principio es muy sencillo. «Estamos hablando de sensores de potencia extremadamente baja que realizan algunas mediciones digitales», dijo Davies. ‘Temperatura, humedad, presión, lo que sea, y los datos de eso se envían a Internet’.
circuitos integrados
El dispositivo de gestión de energía de circuito integrado HarvestAll se adapta a los diversos recolectores de energía. Toma la energía variable e intermitente producida por estos recolectores, la almacena en una batería o capacitor, por ejemplo, y luego administra la entrega de una salida constante de energía al sensor.
Similar al proyecto EnABLES, la idea es crear una tecnología estandarizada que permita el rápido desarrollo de dispositivos IoT autónomos/de batería de larga duración en Europa y el mundo.
Davies dijo que el circuito de administración de energía es completamente autónomo y automático. Está diseñado para conectarse fácilmente a un recolector de energía o una combinación de recolectores y un sensor. Como reemplazo de la batería, Davies dice que tiene una ventaja significativa porque «simplemente funcionará».
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