设备与传感器

不用电池的物联网

字号+ 作者:那福忠 来源:brain 2021-06-05 16:11

物联网借助传感器与软件,把实体对象连接互联网,增加对象的运作功能;然而越来越多无线连网对象,所用能源都是电池,衍伸出许多问题...

图片来源:https://pixabay.com/images/id-5255204/

 
物联网,Internet of Things(IoT),借助传感器与软件,把实体对象连接互联网,来收集、分析、运算、传送信息,增加实体对象的运作功能。
 
这些可连网的「物」,从工业到生活越来越多,IBM最早预估2015年就会有一兆个物件连网,最近的具体估算是2018年有220亿个对象连网,近年的软硬件多设计连网功能,预估2025年会增加到380亿,而2030年会成长到500亿个连网物件。  
 
数量增大,问题渐渐凸显,因为越来越多的无线连网对象,所用能源都是电池,电池有寿命需要人工更换,尤其在工业上,许多传感器受制于电池而降低功能,例如减少数据传送延长电池寿命,或受电池大小或重量的限制减低功能,最怕是正当重要运作,电池突然减弱,更不用说长期使用电池对身体健康有害,对环境造成污染。
 
2017年京都超大型集体电路会议,有人提出工业用无线网络电池寿命达十年的论文,可见早有人预见电池问题。
 
看起来物联网的问题不在「网」,而在「物」,也就是物的能源。生活上小的电器换个电池不是一回事,在工业上却是大事,有时候更换的成本大于电池,如果一个工厂连网对象的数量很多,更换电池可能疲于奔命。
 
有人用IBM一兆件连网物、一兆个电池,做有趣的比喻,就算电池有十年寿命,那每天也要更换2亿7千万个电池,如果电池寿命没有十年、仅有两年,那全球每个人每隔五天,就要去什么地方帮忙换个电池。
 
两位MIT的同学,Ben Calhoun与Dave Wentzloff,现在分别是美国维吉尼亚与密西根大学的教授,也是Everactive公司的创办人,他们的专长是超低功耗电路(Ultra Low Power Circuits)的研究,认为物联网的扩大只有一种方式,就是不用电池,改以超低功耗的电路设计,与超低功耗的无线网络。
 
这样与互联网衔接,不但耗电量小,而且能自动从周遭环境,如室内阳光、热能变化、无线电波、振动等取得能源,成为自带动能的设备。
 
这个设备首先用在蒸气祛水器(Steam Trap)的监视,蒸气虽然是很久的技术,但工业上仍多处用来制造能源,祛水器排除蒸气管路的冷凝水,使管路中的蒸气顺畅运作,如果故障,不但浪费能源,严重时导致停机,甚至有爆炸的危险。这些祛水器有的深埋地下、有的安装高层楼,维护极为不易。
 
两位教授的超低功耗无线网络传感器,吸引了制造祛水器的Armstrong公司,合作发展物联网的蒸气祛水监视器,就在去年为一座工厂安装了1,200个物联网祛水监视器,为厂家节省了250万美元的能源费,也减少34,000吨CO2的排放,等于7,000辆汽车从路上消失一年,也同时免于6,000万加仑(2亿2,700万公升)的水流失。
 
不用电池,不仅省事,也是让大家快乐的一件事,当RFID出现用在很多卡片上,对着门一晃,门就开了,感觉进入了先进的数字时代。
 
手机已经成为我们身体的另一个器官,让我们成为人机同体的未来人,却要让我们忍受不停的充电,不知超低功耗的组件能不能放进手机,在电力不足时还能维持基本运作,这当然是外行话。不过消费电子、特别是连网的穿戴精品,像是项链、耳环、手表,应是另一市场。
 
尽管如此,两位教授现在更关切疫后的经济复苏,疫情使人力减少,在重新评估新的营运之际,更需要对不容易取得信息的异地实时掌控。
 
Calhoun教授说,我们相信未来所有的环境与资产,都会被妥善的监控,提供足够的信息给计算机运算,让世界更有效率、更安全,让生活更美好。而我们Everactive公司,要成为这一愿景的一员,不需电池的技术,正朝着这一方向进展。








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