Os sistemas de gerenciamento de energia que coletam a energia do ambiente alimentarão bilhões de pequenos dispositivos na Internet das Coisas.
Pequenos dispositivos eletrônicos conectados à Internet estão se tornando onipresentes. A chamada Internet das Coisas (IoT) permite que dispositivos inteligentes em casa e tecnologias vestíveis, como relógios inteligentes, se comuniquem e operem juntos. Os dispositivos IoT são cada vez mais usados ​​em todos os tipos de indústrias para impulsionar a interconectividade e a automação inteligente como parte da 'quarta revolução industrial'.

A quarta revolução industrial baseia-se na tecnologia digital já difundida, como dispositivos conectados, inteligência artificial, robótica e impressão 3D. Espera-se que seja um fator significativo para revolucionar a sociedade, a economia e a cultura.

Esses dispositivos pequenos, autônomos, interconectados e muitas vezes sem fio já estão desempenhando um papel fundamental em nossas vidas diárias, ajudando a nos tornar mais eficientes em termos de recursos e energia, organizados, seguros e saudáveis.

Há um desafio fundamental, no entanto, como alimentar esses pequenos dispositivos. A resposta óbvia é "baterias". Mas não é tão simples assim.

Dispositivos pequenos

Muitos desses dispositivos são pequenos demais para usar uma bateria de longa duração e estão localizados em locais remotos ou de difícil acesso - por exemplo, no meio do oceano, rastreando um contêiner ou no topo de um silo de grãos, monitorando níveis de cereais. Esses tipos de locais tornam a manutenção de alguns dispositivos IoT extremamente desafiadora e comercial e logisticamente inviável.

Mike Hayes, chefe de TIC para eficiência energética do Tyndall National Institute na Irlanda, resume o mercado. "Está projetado que teremos um trilhão de sensores no mundo até 2025", disse ele, "Isso é um bilhão de bilhões de sensores".

Esse número não é tão louco quanto parece à primeira vista, segundo Hayes, que é o coordenador do projeto EnABLES (European Infrastructure Powering the Internet of Things).

Se você pensar nos sensores da tecnologia que alguém pode carregar consigo ou ter em seu carro, casa, escritório, além dos sensores embutidos na infraestrutura ao seu redor, como estradas e ferrovias, você pode ver de onde vem esse número, explicou ele. .

“No mundo de trilhões de sensores IoT previsto para 2025, vamos jogar mais de 100 milhões de baterias todos os dias em aterros sanitários, a menos que estendamos significativamente a vida útil da bateria”, disse Hayes.

Duração da bateria

O aterro não é a única preocupação ambiental. Também precisamos considerar de onde virá todo o material para fazer as baterias. O projeto EnABLES está pedindo à UE e aos líderes do setor que pensem na duração da bateria desde o início ao projetar dispositivos IoT para garantir que as baterias não limitem a vida útil dos dispositivos.

"Não precisamos que o dispositivo dure para sempre", disse Hayes. "O truque é que você precisa sobreviver ao aplicativo que está servindo. Por exemplo, se você deseja monitorar um equipamento industrial, provavelmente quer que ele dure de cinco a 10 anos. E, em alguns casos, se você faça um serviço regular a cada três anos de qualquer maneira, uma vez que a bateria dura mais de três ou quatro anos, provavelmente é bom o suficiente."

Embora muitos dispositivos tenham uma vida operacional de mais de 10 anos, a vida útil da bateria dos sensores sem fio normalmente é de apenas um a dois anos.

O primeiro passo para aumentar a vida útil da bateria é aumentar a energia fornecida pelas baterias. Além disso, reduzir o consumo de energia dos dispositivos prolongará a bateria. Mas o EnABLES vai ainda mais longe.

O projeto reúne 11 institutos de pesquisa europeus líderes. Com outras partes interessadas, a EnABLES está trabalhando para desenvolver maneiras inovadoras de coletar pequenas energias ambientais, como luz, calor e vibração.

A colheita de tais energias prolongará ainda mais a vida útil da bateria. O objetivo é criar baterias autocarregáveis ​​que durem mais ou que funcionem de forma autônoma.

Colheitadeiras de energia

Coletores de energia ambiente, como um pequeno coletor vibracional ou painel solar interno, que produzem baixas quantidades de energia (na faixa de miliwatts) podem prolongar significativamente a vida útil da bateria de muitos dispositivos, de acordo com Hayes. Isso inclui itens do dia a dia, como relógios, etiquetas de identificação por radiofrequência (RFID), aparelhos auditivos, detectores de dióxido de carbono e sensores de temperatura, luz e umidade.

A EnABLES também está projetando as outras tecnologias-chave necessárias para pequenos dispositivos IoT. Não contente em melhorar a eficiência energética, o projeto também está tentando desenvolver uma estrutura e tecnologias padronizadas e interoperáveis ​​para esses dispositivos.

Um dos principais desafios com ferramentas de IoT alimentadas de forma autônoma é o gerenciamento de energia. A fonte de energia pode ser intermitente e em níveis muito baixos (microwatts), e diferentes métodos de colheita fornecem diferentes formas de energia que requerem diferentes técnicas para converter em eletricidade.

Gotejamento constante

Huw Davies, é diretor executivo da Trameto, empresa que desenvolve gerenciamento de energia para aplicações piezoelétricas. Ele ressalta que a energia dos dispositivos fotovoltaicos tende a vir em um fluxo constante, enquanto a dos dispositivos piezoelétricos, que convertem a energia ambiente dos movimentos (vibrações) em energia elétrica, geralmente vem em rajadas.

"Você precisa de uma maneira de armazenar essa energia localmente em uma loja antes de ser entregue em uma carga, então você precisa ter maneiras de gerenciar isso", disse Davies.

Ele é o coordenador do projeto HarvestAll, que desenvolveu um sistema de gerenciamento de energia para energia ambiente chamado OptiJoule.

OptiJoule trabalha com materiais piezoelétricos, fotovoltaicos e geradores elétricos térmicos. Ele pode funcionar com qualquer uma dessas fontes por conta própria ou com várias fontes de coleta de energia ao mesmo tempo.

O objetivo é permitir que os sensores autônomos sejam autossustentáveis. Em princípio, é bem simples. "Estamos falando de sensores de ultra-baixa potência fazendo algumas medições digitais", disse Davies. "Temperatura, umidade, pressão, seja lá o que for, com os dados sendo entregues na internet."

Circuitos integrados

O dispositivo de circuito integrado de gerenciamento de energia HarvestAll se ajusta para corresponder aos diferentes coletores de energia. Ele pega a energia diferente e intermitente criada por esses coletores e a armazena, por exemplo, em uma bateria ou capacitor e, em seguida, gerencia a entrega de uma saída constante de energia ao sensor.

Semelhante ao projeto EnABLES, a ideia é criar uma tecnologia padronizada que permita o rápido desenvolvimento de dispositivos IoT autônomos/de longa duração de bateria na Europa e no mundo.

Davies disse que o circuito de gerenciamento de energia funciona de forma totalmente autônoma e automática. Ele é projetado para que possa ser conectado a um coletor de energia ou combinação de coletores e um sensor. Como substituto da bateria, ela tem uma vantagem significativa, segundo Davies, porque "vai funcionar". + Explorar mais

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