С растущим Интернетом вещей (IoT) и связанными сетевыми узлами для сбора, оценки и объединения данных в одной сети необходима одна вещь: энергия. Согласно исследованию, проведенному Международным энергетическим агентством, потребности в энергии всех сетевых устройств по всему миру соответствовали общему спросу на электроэнергию в Германии в 2013 году.
В течение следующих нескольких лет этот спрос почти удвоится до 1140 тераватт в год, при этом подключенный IoT будет иметь значительную долю в этом росте. По этой причине важно, чтобы датчики стали более энергоэффективными. До сих пор у отрасли и исследований не было исчерпывающего ответа: для каждого приложения разрабатывается единое оборудование IoT, которое затем является более или менее энергоэффективным.
Сенсорные узлы, которые требуют мало энергии
Fraunhofer-Gesellschaft хочет изменить это: в своем флагманском проекте "Towards Zero Power Electronics" (ZEPOWEL) должно быть разработано аппаратное обеспечение, которое, с одной стороны, является целостным, а с другой - чрезвычайно энергоэффективным. На следующем этапе сетевые датчики могут даже работать полностью автономно с точки зрения энергии.
Fraunhofer использует здесь два рычага: с одной стороны, сами узлы должны потреблять значительно меньше энергии, а с другой стороны, экономия энергии достигается на системном уровне. Это означает, что связь с другими системами также более энергоэффективна. «Мы хотим создать технологическую платформу для комплексного IoT-приложения», - объясняет Эрик Юнг, сотрудник проекта Института надежности и микроинтеграции IZM Фраунгофера.
Не отправлять данные постоянно
В целом Fraunhofer-Gesellschaft хочет сосредоточиться на четырех задачах. Основное внимание уделяется надежной и безопасной связи. Например, так называемый приемник для пробуждения, который использует мало энергии, должен гарантировать, что узлы датчика не будут отправлять данные постоянно. Скорее, определенное заданное значение должно быть достигнуто только, или аутентифицированный запрос извне должен активировать приемник.
Другая область работы - точное измерение с низким потреблением энергии. Датчики тока обеспечивают 5000 результатов измерений при мощности 1250 мкВт / с. Недавно разработанный датчик должен выдавать вдвое больше результатов измерений в секунду с выходной мощностью менее 10 мкВт. В частности, это датчик качества воздуха, который связан с микронасосом. Насос служит измерительным усилителем, значительно увеличивая количество подаваемого воздуха.
Урожай энергии окружающей среды
Третий момент заключается в том, что датчики должны быть в состоянии обеспечить себя электричеством легче. Вот почему должен быть разработан широкополосный комбайн, своего рода уборочная машина для энергии окружающей среды. Его эффективность увеличена в четыре раза по сравнению с современным уровнем техники: для получения 100 мкВт электроэнергии из окружающей среды требуется всего четверть площади: 5 мм х 5 мм. Собранная таким образом энергия сохраняется в недавно разработанной тонкопленочной батарее, которая встроена непосредственно в аппаратный чип. Этот полностью интегрированный подход батареи, комбайна и преобразователя энергии является уникальным в мире.
Исследование дополнено своего рода модульным комплектом для каждого применения: по принципу «включай и работай». Это система плагинов, как с блоками Lego. Разработанная платформа состоит из отдельных инноваций институтов, которые могут быть объединены по мере необходимости.
Эта статья появилась на нашем партнерском портале Elektronikpraxis.de.