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能量收集芯片?未來物聯網真正的核心技術

發表于:2014-02-17     來源:本站     瀏覽次數: 59057

如果你能夠想象一個到處都是傳感器的世界,它們無處不在,墻里面、路下面和任何物品內部,但悲催的是,每隔六個月或一年,你就得幫這些傳感器換電池。即使我們制造出再多能夠運用到傳感器的產品,我們仍然受限于電池的續航能力。不過像高通、德州儀器、ARM 和其他硬件科技巨頭,都在盡力研制可以自行供能的傳感器。

能量其實無處不在,對于這些芯片開發公司,最大的挑戰就是找到如何自行儲存能量的方法以便持續使用,像太陽能之類的能量并非隨時可用。另一個挑戰則是如何將這樣的低能芯片安裝在傳感器中。

現在市場上有四種能量收集的芯片:

動能:以動作為基礎的充能,這個已經算是使用得比較久的方式,這些芯片主要用于比如手表的充電,或是與一些移動中的設備綁定在一起。

熱能:這一類的芯片一般都是從溫差當中收集能量,所以比較適合一些貼近人體的設備。

光能:這就好像一塊很小的太陽能板,所有的太陽能板都面臨一個挑戰,那就是如何在在有陽光時最大化地收集能量,而不用在意太陽能板的面積有多大。

磁能:很多公司都在嘗試如何從無線電波中收集能量,但幾十年都沒有成功。


從 Texas Instruments 提供的上述圖標中可以看出,不同的收集能量芯片需要什么樣的不同環境條件才能驅動特定的設備。

類似的技術其實并不是很新,但市場對這些無線傳感器的需求是越來越大,這也要多虧于物聯網的快速發展。很多公司現在都很有動力去開發更有效的能量收集芯片和系統,不管是可能使用動能模式的植入式醫療設備,或是一個支撐傳感器運行的太陽能電池,這是一個非常值得研究的領域。

舉個例子,太陽能初創企業 Alta Devices 這周推出了一款太陽能電池,據說能夠產生比現有的室內太陽能技術多 5 倍的電能,所以一個這樣的太陽能電池倫理上只有原來大小的五分之一,這也會使得傳感器變得更小,適用于更多的產品。

同時,華盛頓大學的研究學者們正試圖打造一種可以從無線電廣播中收集能量的設備,他們宣稱已經找到了從無線電波(蜂窩網絡、電視或是 WiFi)中收集能量的方法,稱之為“背向散射環境(ambient backscatter)”。

在打造高效傳感器方面,除了開發能量收集芯片之外,改善原有電池的壽命也同樣重要。一般傳感器都需要有后備或是可更換的電池,以防能量收集部件突然的失靈,但事實是這些電池的性能還可以更好。現在研究人員不僅是在研究如何將它們做得更小,還希望做出一些成型的組件,比如直接可以別在衣服上。

當然,這樣的組件也必須包含小型控制器和無線廣播裝置,所以也需要盡量降低它們的功耗。關于無線廣播技術這一塊,像 ZigBee 和低耗藍牙是不錯的解決方案,但循環中的電源管理則是另外一回事。

其實現在硅谷在這個領域已經有很多變化,這也會幫助我們最終打造出壽命超長或是不根本不需要外接能量支撐的傳感器,這樣我們才能更好地擁抱物聯網的到來。

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