为物联网收集环境能量的无电池智能设备

连接互联网的微型电子设备正变得无处不在。所谓的物联网 (IoT) 允许我们家中的智能小工具和我们的智能手表等可穿戴技术一起进行通信和操作。作为“第四次工业革命”的一部分，物联网设备越来越多地用于各行各业，以推动互联互通和智能自动化。

第四次工业革命建立在已经广泛使用的数字技术之上，例如互联设备、人工智能、机器人技术和 3D 打印。预计它将成为改变社会、经济和文化的重要因素。

这些小型、自主、互连且通常是无线的设备已经在我们的日常生活中发挥着关键作用，帮助我们提高资源和能源效率、有条理、安全、可靠和健康。

然而，存在一个关键挑战——如何为这些微型设备供电。显而易见的答案是“电池”。但这并不是那么简单。

小型设备

这些设备中的许多都太小而无法使用长寿命电池，并且它们位于偏远或难以接近的位置——例如，在海洋中跟踪集装箱或谷仓顶部，监控谷物的水平。这些类型的位置使得为某些物联网设备提供服务极具挑战性，并且在商业和物流上都不可行。

爱尔兰廷德尔国家研究所 ICT 能源效率负责人 Mike Hayes 总结了市场。“预计到 2025 年，我们将在全球拥有 1 万亿个传感器，”他说，“也就是 1000 亿个传感器。”

根据Horizo​​n 资助的 EnABLES 项目 (支持物联网的欧洲基础设施)的协调员 Hayes 的说法，这个数字并不像最初看起来那么疯狂 。

他解释说，如果您考虑一下某人可能随身携带或在他们的汽车、家中、办公室中使用的技术中的传感器，以及嵌入在他们周围基础设施(例如道路和铁路)中的传感器，您就会看到这个数字来自哪里.

“在预计到 2025 年的万亿物联网传感器世界中，除非我们显着延长电池寿命，否则我们每天将有超过 1 亿个电池扔进垃圾填埋场，”海耶斯说。

电池寿命

垃圾填埋场并不是唯一的环境问题。我们还需要考虑制造电池的所有材料将来自哪里。EnABLES 项目呼吁和行业领导者在设计物联网设备时从一开始就考虑电池寿命，以确保电池不会限制设备的寿命。

“我们不需要这个设备永远持续下去，”海耶斯说。'诀窍是你需要比你所服务的应用程序更长寿。例如，如果您想监控一件工业设备，您可能希望它使用 5 到 10 年。在某些情况下，如果你每三年进行一次常规服务，一旦电池持续使用超过三四年，那可能就足够了。

尽管许多设备的使用寿命超过 10 年，但无线传感器的电池寿命通常只有一到两年。

延长电池寿命的第一步是增加电池提供的能量。此外，降低设备的功耗将延长电池寿命。但EnABLES 走得更远。

该项目汇集了 11 个欧洲领先的研究机构。与其他利益相关者一起，EnABLES 正在努力开发创新方法来收集微小的环境能量，例如光、热和振动。

收集这些能量将进一步延长电池寿命。目标是创造出持续时间更长或最终自主运行的自充电电池。

能量收集器

海耶斯表示，产生少量功率(在毫瓦范围内)的环境能量收集器，例如小型振动收集器或室内太阳能电池板，可以显着延长许多设备的电池寿命。其中包括日常用品，如手表、射频识别 (RFID) 标签、助听器、二氧化碳检测器以及温度、光和湿度传感器。

EnABLES 还在设计微型物联网设备所需的其他关键技术。该项目不满足于提高能源效率，还试图为这些设备开发一个框架以及标准化和可互操作的技术。

自主供电的物联网工具的主要挑战之一是电源管理。能源可能是间歇性的并且处于非常低的水平(微瓦)，并且不同的收集方法提供不同形式的电力，需要不同的技术来转化为电能。

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