Беспроводная электроника может питать триллионы датчиков IoT. И вот как

Как было бы здорово, если бы ваш смартфон, ноутбук, автомобиль и бытовая техника могли постоянно взаимодействовать и обмениваться информацией друг с другом, чтобы сделать вашу жизнь более комфортной и легкой.

Эту захватывающую возможность можно воплотить в жизнь с помощью Интернета вещей (IoT) — технологии, использующей датчики, программное обеспечение и Интернет для создания сети между всеми вашими физическими устройствами и гаджетами. Хотя IoT все еще является многообещающей технологией, вы будете удивлены, узнав, что она уже используется.

Например; умные часы, фитнес-трекеры, системы безопасности «умный дом» и различные другие гаджеты, которые постоянно обмениваются данными с вашим смартфоном, чтобы держать вас в курсе ваших звонков, встреч, частоты сердечных сокращений, дверных замков и т. д. — все это приложения IoT.

Нам еще предстоит увидеть весь потенциал IoT , но перед этим нам нужно преодолеть большую проблему. Датчики, которые делают возможными сети IoT, требуют питания, чтобы оставаться в рабочем состоянии, и, к сожалению, наших существующих энергетических решений недостаточно для удовлетворения этого спроса.

Группа исследователей из Университета науки и технологий имени короля Абдуллы (KAUST) в Саудовской Аравии работает над этой проблемой и в своем последнем исследовании предлагает интересное решение. Авторы раскрывают подробности об электронике с беспроводным питанием, которая обещает удовлетворить энергетические потребности сетей IoT устойчивым и экологически чистым способом.

Батареи не нужны

Датчики в настоящее время питаются от таких технологий, как литий-ионные батареи . Хотя батареи могут питать большую сеть устройств, их необходимо заменять снова и снова. Поэтому подход на основе батарей является дорогостоящим, неустойчивым и вредным для окружающей среды.

Например, обычные аккумуляторы изготавливаются из металлов, которые мы получаем в ходе добычи полезных ископаемых , что приводит к загрязнению воздуха и почвы. Кроме того, когда эти батареи не утилизируются аккуратно, они выделяют токсичные химические вещества в окружающую среду.

Более того, в будущем, когда приложения IoT станут более распространенными, миллиарды или даже триллионы датчиков могут работать вместе. Эти большие сети могут нарушить динамику предложения и спроса на батареи таким образом, что либо у нас не будет достаточно батарей для питания всех датчиков в мире, либо батареи могут стать недоступными для большинства потребителей.

Авторы исследования предполагают, что подача энергии на датчики IoT через беспроводную сеть вместо батарей может стать идеальным решением этой проблемы. Новые технологии, такие как фотоэлектрические элементы (PVC, используемые в солнечных панелях), электроника большой площади (LAE) и сборщики радиочастотной (RF) энергии, могут сделать это возможным.

В то время как для сбора радиочастотной энергии используются оксиды металлов и специальные полупроводниковые устройства, называемые диодами Шоттки, для генерации беспроводной энергии с помощью электромагнитных волн. LAE — это электроника нового поколения, которая может быть напечатана или изготовлена ​​из мягких, гибких, гибридных и настраиваемых материалов.

По словам исследователей, такие материалы позволяют производить биоразлагаемые схемы и подложки (LAE ) даже при низких температурах. В отличие от обычной электроники на основе кремния, эти LAE могут обеспечивать беспроводное питание датчиков экологически безопасным способом.

Объясняя значение сборщиков радиочастотной энергии и LAE для сенсорных узлов с беспроводным питанием, один из исследователей и выпускников KAUST, доктор Калайванан Логанатан, сказал: «Эти устройства являются важнейшими компонентами беспроводных сборщиков энергии и в конечном итоге определяют производительность и стоимость устройства».

Далее он добавил: «(Технологии) обеспечивают необходимые строительные блоки для более устойчивого способа питания миллиардов сенсорных устройств в ближайшем будущем».

Нам еще нужно интегрировать технологии

Авторы предполагают, что сенсорные узлы с беспроводным питанием могут получать энергию от PVC и сборщиков радиочастот через LAE и заставлять сети IoT работать в больших масштабах. Например, в своей исследовательской работе команда KAUST описывает масштабируемый метод, в котором используются радиочастотные диоды для сбора энергии, попадающей в частотные диапазоны 5G и 6G.

Исследование довольно интересное, потому что оно полностью исключает батареи из картины IoT и представляет экологически чистый и устойчивый подход. Однако команде KAUST еще предстоит увидеть, как такие технологии, как PVC, LAE и RF-харвестеры, будут работать вместе.

Идея сенсорных диодов с беспроводным питанием кажется довольно крутой, но ее успех зависит от успешной интеграции вышеупомянутых технологий. Доктор Логанатан сообщил, что интеграция — это следующий шаг их исследования. «Команда исследует монолитную интеграцию этих маломощных устройств с антенной и датчиками, чтобы продемонстрировать их истинный потенциал».

Исследование опубликовано в журнале Nature Electronics .

 

Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК

Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов

hello@technovery.com