Усовершенствованное
электропитание
как рецепт автономии будущего
loT-устройств.
С быстрым развитием Интернета вещей (IoT), для питания его распределённых узлов устройств, требуется всё больше ресурсов. Поэтому спрос на сбор из окружающей среды всех теоретически доступных видов энергии растёт просто невероятно. Выделяют несколько различных технологий реализации такой энергетической автономии, но более перспективными в этом деле считаются электростатические генераторы (EG), включая трибоэлектрические наногенераторы и электретные генераторы, которые за счёт ветра, волн, вибрационных нагрузок и многих других явлений способны обеспечить работу множества приборов.
Да, они стали многообещающим решением для питания маломощных устройств, но вопреки достоинствам не находят столь широкого применения, как могли бы. Здесь критической проблемой стало большое несоответствие по импедансу между ними и нагрузкой (подключаемой к ним электроникой). Высокий выходной импеданс источника тока и относительно низкий ‒ потребителя заставляет генератор работать почти исключительно на силе производимого тока, что неприемлемо для IoT-устройств и уж тем более для носимой электроники.
В начале марта в журнале Microsystems & Nanoengineering, вышла статья о новой разработке, решающей как раз этот вопрос согласованности импедансов. Команда исследователей из Китайской академии наук сделала эффективный блок управления энергопотреблением (EMU ‒ energy management unit), значительно повышающий КПД энергии, затраченной на работу электростатических генераторов. Свою разработку авторы не без оснований называют прорывом, ибо она решает давнюю проблему. Сам факт согласования этой токовой характеристики открывает новые возможности для сбора энергии из окружающей среды в сфере IoT.
Инновационный EMU привёл буквально к беспрецедентной мощности постоянного тока. В опыте с вращающимися электретными генераторами получено максимальное её значение в 79,2 мВт, что в 1,2 раза превышает показатели, достигнутые без применения нового блока управления. Это также вполовину повысило КПД трибоэлектрических наногенераторов с контактным разделением, которые могут преобразовать в электроэнергию практически любые микроколебания. Другими словами, новый блок управления оказался универсальным для различных технологий сбора энергии.
Зейюань Цао, соавтор исследования, заявляет: «Наша работа представляет собой значительный шаг к практическому применению электростатических генераторов в устройствах Интернета вещей. Оптимизируя наш EMU, мы достигли беспрецедентной эффективности, сделав автономные устройства Интернета вещей более жизнеспособными, чем когда-либо».
Может показаться, что такими результатами и гордиться-то не стоит, но на самом деле 20-типроцентное увеличение мощности для устройств, работающих с микротоками, отразится довольно внушительным приростом как производительности, так и автономии. С другой стороны, такой прогресс всё равно превосходит существующие стандарты эффективности энергозатрат.
Так что это превосходный толчок для продуктивности Интернета вещей. Разработка не только повышает эффективность и надёжность устройств с автономным питанием, но и способствует их более широкому внедрению. Возможно даже, решение проблемы согласования импеданса ознаменует новую эру энергетической автономии в IoT, в том числе вследствие значительного прогресса в области сбора энергии из окружающей среды.
По материалам АРМК.