Идея беспроводного питания устройств может показаться чем-то новым, однако она была предложена еще в 1899 году, когда Никола Тесла продемонстрировал свои эксперименты с высоким напряжением и высокой частотой. Это тот самый эксперимент, когда искусственная молния генерировала миллионы вольт и вызвала искры, прыгающие между ногами ближайших пешеходов и землей. Но проект был заморожен из-за отсутствия финансирования у молодого изобретателя и идея беспроводного питания устройств была отложена на некоторое время.
Эксперименты с переменным током Николы Теслы до сих пор вдохновляют огромное количество исследователей по всему миру. На сегодняшний день разработано огромное количество устройств с беспроводной зарядкой и низким энергопотреблением, например, смартфоны, электронные часы, планшеты и другие современные дивайсы. Компания Nikola Labs развила идею своих предшественников и начала разрабатывать подобные устройства для промышленного оборудования.
В настоящее время в компании работает около 30 научных сотрудников, которые занимаются разработкой и внедрением своего уникального устройства для удаленного мониторинга работоспособности оборудования на производстве. Состояние машин контролируется с помощью специального приемника сверхмалой мощности, состоящего из датчика температуры и акселерометра. Такой приемник работает в полевых условиях в течение длительного периода времени и не требует постоянной подзарядки.
/ Цель проекта
В Nikola Labs обратилась компания, с целью разработать специализированный датчик с акселерометром для отслеживания работоспособности своего оборудования на производстве. Датчик должен был собирать вибрационные данные у корпуса двигателя или корпуса подшипника, определять точки износа в промышленных условиях. Помимо этого необходимо было увеличить длительность заряда устройства, для сокращения времени на техническое обслуживание и замену батарей.
/ Реализация проекта
Первым делом специалисты Nikola Labs сосредоточились на разработке приемника со сверхнизким энергопотреблением, затем использовали программное решение Ansys HFSS для проработки радиочастотной составляющей и проектирования антенны, которая будет собирать беспроводную энергию. После того как была разработана антенна, инженеры создали систему для хранения энергии и расположили ее в корпусе устройства. Таким образом, инженеры Nikola Labs разработали устройство, которое позволило не только собирать и передавать данные, но и обеспечивало бы само себе беспроводное питание. Несмотря на тот факт, что беспроводная технология могла собирать в среднем 100 микроватт, этого было вполне достаточно для питания системы и его непрерывного использования.
Разработанная система от Nikola Labs принимает данные акселерометра, далее полученная информация отправляется в концентратор. А концентратор отправляет данные в облако, где они уже обрабатываются. В настоящее время в разработанном датчике данные собираются восемь раз в день. Разработанная система поддерживает около шести датчиков на один концентратор, но это число может быть увеличено, если найти оптимизированный баланс мощности и повысить производительность системы.
Для оптимизации работы антенного блока, необходимо иметь инструменты для быстрого и точного моделирования. Для этого инженеры Nikola Labs использовали программное решение Ansys HFSS для проверки своих идей и теорий и поиска лучшего материала для конструирования антенн. HFSS также использовался для анализа пассивных радиочастотных цепей. В качестве окончательной проверки инженеры Nikola Labs импортировали геометрию печатной платы в HFSS для анализа работоспособности устройства до момента создания опытных образцов.
/ Результаты
Сосредоточившись на данном проекте и разработке датчиков вибраций у Nikola Labs уже более 40 клиентов с более чем 70 объектами. Компания контролирует более 900 основных единиц промышленного оборудования и на сегодняшний день собрано более 32 миллионов показаний с датчиков.
Инженеры Nikola Labs хотят использовать собранные данные для дальнейшей разработки методов машинного обучения и оптимизации производительности промышленного оборудования. Кроме того компания начала поиск новых вариантов применения своих технологий, например, Nikola Labs рассматривает применение своих датчиков в системе «умный дом».