Ученые ищут способы создавать устройства с "нулевой мощностью" потребления энергии. Они разрабатывают "пробуждающиеся приемники", пытаются встроить в чипы аккумуляторы для их питания, а также создают устройства, потребляющие энергию из окружающей среды
Оригинал: http://nciot.ru/news/item/52
Интернет вещей быстро растет, огромное число подключенных счетчиков и других устройств выходят в онлайн, все они снабжены датчиками, измеряющими мир вокруг них. Но на чем работает все это скопище гаджетов?
Такие вопросы привели ученых общества имени Фраунгофера (ведущего европейского института в области прикладных исследований) к созданию инициативы по переходу электроники к нулевой мощности потребления (Towards Zero-Power Electronics).
«Мы должны изменить методы снижения потребления электричества в устройствах интернета вещей», - говорит Эрик Джанг из команды развития бизнеса в Институте безопасности и микроинтеграции в Берлине.
Он добавляет, что термин «нулевая мощность» сегодня указывает лишь направление, в котором развиваются эти исследования – до цели остается пройти еще большой путь. Исследования сосредоточены на создании электроники с низким уровнем потребления электроэнергии, а также на постоянном улучшении ее энергоэффективности.
«Всякий раз когда вы используете электронику, чтобы произвести расчеты или передать данные, потребляется энергия. Избежать этого нельзя, но можно минимизмровать мощность, необходимую для работы интернета вещей», - говорит Джанг.
По подсчетам Национального научного фонда США, к 2020 году парк устройств интернета вещей в мире превысит 50 млрд умных гаджетов, а чуть позже за 1 трлн перевалит число датчиков и сенсоров.
Для датчиков, подсоединенных к машинам с собственным электропитанием, потребляемая мощность не проблема. Но там, где беспроводные датчики разбросаны по большой площади и на удаленных территориях, например в решениях, связанных с сельским хозяйством или с умными электросетями, забота о сроке работы батареи и стоимости поддержки резко возрастает.
Одна область исследований ученых из общества имени Фраунгофера лежит в создании «пробуждающихся приемников». Эти устройства используют сверхслабые токи для мониторинга сетей беспроводных датчиков и выводят компоненты из «спящего» режима только когда требуется обработать поступивший запрос или команду.
При использовании в высоконагруженных датчиками приложениях интернета вещей, например, при автоматизации зданий, в сервисах умного освещения или удаленного обслуживания, такие «пробуждающиеся приемники» могут улучшить энергоэффективность систем втрое, говорит Джанг.
Другая точка приложения усилий общества имени Фраунгофера – это создание аккумуляторов, встроенных в чипы. Ученые думают над тем, чтобы с помощью нанотехнологий вытравливать на обратной стороне полупроводника или микроконтроллера пустоты, которые смогут содержать в себе электролит или конденсатор для питания этого компонента.
Третья область интереса ученых – аккумулирование окружающей энергии, когда генерирующие элементы встроены непосредственно в электронные системы. Это могут быть, например, элементы, превращающие в электричество солнечный свет, вибрацию или тепловую энергию – соответственно, солнечные батареи, пьезоэлектрические или термоэлектрические элементы.
Ученые надеются, что такой сбор окружающей энергии сможет продлить срок работы батареи (при использовании вместе с аккумуляторами) или, потенциально, вообще избежать необходимости в аккумуляторах. Проблема в том, что количество энергии, «выкачиваемое» из окружающей среды, может сильно варьироваться – например, при падении температуры или пасмурной погоде – что делает такой источник энергии неподходящим для тех IoT-систем, которым нужно часто собирать и предавать большие объемы данных. Поэтому в Обществе Фраунгофера работают над изобретением материалов с более высоким уровенем конверсии других видов энергии в электричество.
Аккумулирование окружающей энергии скоро можно будет увидеть в предметах ежедневного использования. Например, в Великобритании Drayson Technologies разработала Freevolt – технологию, которая получает электричество из радиоизлучения мобильных телефонов и WiFi-точек. Drayson уже использует Freevolt для питания своих меток Cleanspace, которые мониторят загрязнение окружающей среды. Сейчас она работает над применением этой технологии в кредитных картах.
«Умные карты становятся более безопасными, но как и многим технологиям, им нужно больше энергии, чтобы поднять безопасность и защиту частной жизни до уровня, которого от них ждет рынок», - объясняет основатель компании лорд Дрэйсон, бывший министр науки Великобритании. Так, кредитная карта с технологией Freevolt, если ее приложить к картридеру или смартфону, сможет использовать энергию радоволн для запуска функций безопасности непосредственно на карте, к примеру – проверку биометрической информации, говорит он.
Исследователи из Вашингтонского университета этим летом продемонстрировали смартфон без батареи, работающий на схожем принципе. Он работает на энергии, получаемой из окружающих радиоволн или света.
По словам Шияма Голлакоты, доцента университетской Школы компьютерной науки и техники Пола Дж. Аллена, это устройство может стать первым работающим мобильным телефоном, потребляющим практически «нулевую мощность». «Чтобы достичь самого что ни на есть низкого потребления электроэнергии, необходимого для того чтобы телефон мог работать только от энергии, собранной из окружающей среды, нам нужно полностью пересмотреть устройство этих приборов», - считает он.
Джессика Твентимэн, Financial Times
