A alimentação sem fio de RF libera a onipresença das redes de sensores

Estamos na era de uma explosão de IA (inteligência artificial). Tudo – da sua geladeira à tigela do seu cachorro – se tornará parte da rede de neurônios da IA. Prevê-se que as receitas mundiais do mercado de IA, incluindo software, hardware e serviços, cresçam 16,4% ano a ano em 2021, para US$ 327,5 bilhões, e até 2024 o mercado deverá quebrar a marca de US$ 500 bilhões.

Embora esses números sejam impressionantes, a IA só atingirá todo o seu potencial quando puder ser alimentada com um fluxo constante de dados de uma infinidade de fontes diversas. Para coletar dados a uma taxa que permita saída de IA de alto valor, você precisa de uma rede de sensores onipresente. Os sensores são os neurônios que disparam as sinapses da IA. Essas sinergias são imperativas para a frequência e qualidade da produção.

Nos últimos anos, os sensores começaram a deixar sua marca como a estrutura da IoT. Em 2022, espera-se que os sensores de movimento representem 8,35% do mercado global de sensores habilitados para IoT. A receita total gerada pelo mercado de sensores habilitados é estimada em US$ 56 bilhões em 2022.

As redes de sensores precisam continuar a se expandir para poder realmente apoiar a adoção e o cumprimento da IA ​​de alto valor. No entanto, a expansão escalável das redes de sensores está sendo sufocada pelas restrições de colocação devido à necessidade de acesso à energia. Então, como podemos “manter as luzes acesas e os neurônios disparando?”

Historicamente, os sensores são alimentados por fios e/ou baterias. No entanto, ambas as opções têm limitações. Os fios podem ser caros e muitas vezes restritivos - com limites no comprimento do cabo e potencial para pontos de ruptura. As baterias têm vida útil limitada; eles precisam ser substituídos regularmente e são jogados fora quando gastos. Em suma, eles não são confiáveis ​​para os ciclos de tempo necessários; são um custo repetitivo e são ambientalmente insustentáveis.

Uma alternativa ao poder tradicional

Um substituto para fios e baterias é a coleta de energia (capturar a energia disponível). Ou carregamento sem fio (gerando energia para alimentar um dispositivo sem fio), que é o processo em que a energia é derivada de fontes de energia externas previsíveis, capturada e armazenada para aplicativos, incluindo pequenos dispositivos autônomos sem fio, como os usados ​​em redes de sensores sem fio.

Existem muitos métodos de carregamento sem fio, que veremos brevemente:

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  Vibração é o conceito de converter energia de vibração em energia elétrica. Este método é ideal apenas para máquinas que vibram.
  
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  UV/IR a energia deve ter uma linha direta de visão entre o transmissor e o receptor para que funcione corretamente, quaisquer obstruções resultam em nenhuma energia chegando ao receptor.
  
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  Qi é carregamento indutivo e oferece watts de potência, mas é apenas para aplicações onde o transmissor e o receptor estão a alguns milímetros de distância; alinhamento do dispositivo é bastante restritivo.
  
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  Solar e eólica, na maioria dos casos, deve ser ao ar livre e, portanto, pode ser caro para construir e também pode ser um pouco limitado em suas capacidades.
  
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  Radiofrequência (RF) não requer linha de visão direta, pode fornecer energia em gabinetes à prova d'água, é de baixa potência (μW a mW) e é mais versátil do que os processos mencionados anteriormente.
  

Redes de sensores sem fio

A tecnologia de energia sem fio RF é única porque usa ondas eletromagnéticas de radiofrequência em vez de campos magnéticos para carregar um dispositivo. Um transmissor de RF usa eletrônicos para gerar um sinal de RF. O sinal de RF é enviado para uma antena, que transmite as ondas de RF para um receptor embutido em um dispositivo, que as capta usando uma antena. Eles são então convertidos em DC utilizáveis ​​usando um chip embutido. Isso alimenta o dispositivo ou recarrega a bateria. A transferência de potência sem fio de RF pode ser descrita no campo distante usando a conhecida Equação de Friis. A equação nos mostra como a potência transmitida, os tipos de antenas e a frequência do sinal de RF impactam a potência recebida em diferentes distâncias.

A energia sem fio RF pode ser implementada como um ponto de carregamento onde vários dispositivos podem ser alimentados simultaneamente; como um feixe de RF que pode ser enviado diretamente para um determinado dispositivo a vários metros de distância do transmissor; ou como um ponto focado diretamente na frente do transmissor. Por ser um sistema de dois lados (transmissão e recepção), uma solução pode ser projetada para a maioria das aplicações. Uma grande vantagem da energia sem fio de RF é que ela pode ser implementada em uma variedade de ambientes e configurações diferentes, por exemplo, instalações de grande escala, como hotéis, complexos de escritórios e campi. Na maioria das vezes, há áreas desocupadas de um hotel, complexo de escritórios ou campus, que não precisam de luzes acesas ou que os sistemas de temperatura funcionem em estado estável. A capacidade de alterar essas condições (não ter luzes acesas em determinados cômodos desocupados e não ter o ar condicionado ou o sistema de aquecimento ligado ou funcionando com menos frequência) pode criar instalações ecologicamente corretas, melhorando a experiência do usuário e proporcionando economia significativa de custos.

Normalmente, as redes de sensores são integradas apenas quando o edifício é projetado, ou durante um esforço de remodelação em grande escala, devido à complexidade da implementação. No entanto, redes de sensores sem fio (WSNs) usando energia sem fio de RF tornam a implementação muito mais fácil. Não há necessidade de passar fios, não há necessidade de considerar problemas de bateria. Uma RSSF permite sensores irrestritos, dispersos espacialmente e dedicados para monitorar e relatar as condições físicas do ambiente e organizar os dados coletados em um local centralizado.

Hoje, as RSSFs ainda dependem principalmente da energia da bateria, que, conforme observado, não é totalmente confiável ou preferível. Mas, a introdução da mentalidade de 'cortar os cabos' da tecnologia WSN permite que a detecção ocorra fora da vista e em locais de difícil acesso. A integração da captação de energia leva a versatilidade da RSSF um passo adiante, eliminando a interação humana após a instalação, para que esses sistemas possam operar continuamente de forma confiável, sem a necessidade de manutenção. Além disso, embora a coleta de energia adicione um custo inicial inicial, o ROI econômico de um maior controle é rápido e a ausência de manutenção futura (substituição da bateria) e descarte têm um efeito composto.

Fora do monitoramento e controle ambiental, outras maneiras pelas quais essa tecnologia pode ser aplicada incluem sistemas de varredura de temperatura pessoal sem bateria projetados para ajudar nos protocolos COVID-19, detecção sem bateria em câmaras de materiais perigosos ou recipientes de armazenamento onde é perigoso para os indivíduos estarem por perto , e até mesmo rastreamento de temperatura de vacina usando equipamentos RFID existentes - uma prática comum na maioria dos ambientes médicos.

Demanda por RSSFs

À medida que a demanda por IA aumenta, também aumenta a demanda por RSSFs. A pesquisa projeta que o mercado global de redes de sensores sem fio deve crescer a uma CAGR (taxa de crescimento anual composta) superior a 14% durante o período de previsão. Seu tamanho pode aumentar para US$ 1,5 bilhão até 2022. As RSSFs são benéficas por vários motivos:são flexíveis e adaptáveis, são escaláveis ​​e podem acomodar novos dispositivos a qualquer momento e podem ajudar na economia de custos, pois não há custos de fiação.

A necessidade de RSSFs será vista em todas as áreas de negócios — do varejo aos armazéns, fábricas e muito mais. Até mesmo espaços públicos estão utilizando RSSFs em semáforos, pontos de ônibus, rodovias, faixas de pedestres e assim por diante. Prédios de escritórios estão usando WSNs para monitorar a localização dos funcionários, bem como rastreamento de ativos para ver onde os laptops estão localizados dentro de um prédio. De termostatos inteligentes, fechaduras, persianas, luzes e plugues, parece que tudo está conectado hoje em dia e, à medida que vemos mais dispositivos inteligentes aparecerem, veremos consultas ainda maiores para WSNs. Eles serão a espinha dorsal das cidades inteligentes de amanhã.

Energia sem fio RF

Embora existam várias opções de energia pelo ar, a RF está entre as formas mais confiáveis ​​e escaláveis ​​de transferência de energia sem fio para ambientes internos e externos. Em geral, a energia sem fio é mais confiável do que a coleta de energia, pois é identificável e previsível. Também é fácil integrar a tecnologia de carregamento sem fio RF, pois não é restrita por movimento ou posicionamento exato, permitindo acomodar dispositivos que a indução não pode.

A energia sem fio é a tecnologia capacitadora de amanhã. Isso nos dará a flexibilidade de implantar RSSFs de maneira que possamos tornar o amanhã mais inteligente, seguro, verde e melhor.

Este artigo foi escrito por Charlie Goetz, CEO, Powercast (Pittsburgh, PA). Para mais informações, entre em contato com o Sr. Goetz em Este endereço de e-mail está protegido contra spambots. Você precisa habilitar o JavaScript para visualizá-lo.; ou visite aqui .