Το Διαδίκτυο των Πραγμάτων (ΙοΤ) Δίνει το Έναυσμα για την Αντικατάσταση των Μπαταριών – Η Εποχή των Μαζικών Αισθητήρων Απαιτεί Νέες Πηγές Ενέργειας

0

Το Διαδίκτυο των Πραγμάτων* (ΙοΤ) υπόσχεται στις εταιρείες έναν τρόπο για να επιβλέπουν τον πολύτιμο εξοπλισμό και τα μηχανήματά τους. Όμως, όταν αναπτύσσεται σε απομακρυσμένες ή εχθρικές τοποθεσίες εγείρει μια μεγάλη πρόκληση. Πώς μπορείς να τροφοδοτείς διαρκώς τους αισθητήρες που μεταδίδουν δεδομένα καίριας σημασίας για την κατάσταση και την απόδοση απομονωμένων πάγιων στοιχείων ενεργητικού τα οποία βρίσκονται εκτός των ορίων του ηλεκτρικού δικτύου; Οι μπαταρίες παρέχουν, συχνά, την απάντηση, όμως η αντικατάστασή τους δημιουργεί προβλήματα υλικοτεχνικής υποστήριξης, ιδίως σε τοποθεσίες όπως οι υπεράκτιες αιολικές εγκαταστάσεις, ή οι μετεωρολογικοί σταθμοί παρατήρησης, όπου η αποστολή θα είναι δύσκολη, δαπανηρή και ενδεχομένως, επικίνδυνη.

Ο Jerry Luo του Πανεπιστημίου Cranfield, στο Ηνωμένο Βασίλειο, συγκαταλέγεται μεταξύ των επιστημόνων και των μηχανικών οι οποίοι πιστεύουν ότι η απάντηση έγκειται στη συγκομιδή ενέργειας, ήτοι, στην αξιοποίηση μικρών ποσοτήτων τοπικής ενέργειας που διαφορετικά θα απωλεσθούν. Με τη χρήση φωτοβολταϊκών υλικών για την παραγωγή ενέργειας από το ηλιακό φως, την πιεζοηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από κραδασμούς και τη θερμοηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από τη θερμότητα, το κόστος και ο κίνδυνος λειτουργίας ενός αυξανόμενου αριθμού απομακρυσμένων πάγιων στοιχείων ενεργητικού που εξαρτώνται από την ενέργεια, μπορεί να ελαχιστοποιηθεί.

Ένα ιδιαίτερο πρόβλημα για τις υπεράκτιες ανεμογεννήτριες, υποστηρίζει ο κ. Luo, συνιστά η διάβρωση του βυθού γύρω από τη βάση τους. «Αν αφεθούν δίχως συντήρηση, τα προβλήματα που προκαλεί η διάβρωση μπορεί να επιφέρουν σοβαρές βλάβες, ή ακόμη, να οδηγήσουν σε κατάρρευση των εγκαταστάσεων», λέει. Έχοντας αυτό κατά νου, ο ίδιος και η ομάδα του έχουν διερευνήσει τη δυνατότητα η συγκομιδή πιεζοηλεκτρικής ενέργειας να μετατρέψει σε ηλεκτρική ενέργεια, τις δονήσεις που προκαλούνται, συνήθως, στη δομή των ανεμογεννητριών. Αυτό παρέχει επαρκή και αξιόπιστη ισχύ στους αισθητήρες που ανιχνεύουν και παρακολουθούν τις τριβές, καθώς και άλλες ζημιές.

«Χρησιμοποιώντας τη συγκομιδή ενέργειας, το σύστημα παρακολούθησης της δομικής ευρωστίας που σχεδιάζουμε είναι οικονομικό, αυτοσυντηρούμενο και απαιτεί ελάχιστη παρέμβαση», λέει. Οι συνιστώμενες 50 ιδέες για την αλλαγή του Παγκοσμίου Διαδικτύου των Πραγμάτων καθοδηγεί την πρόοδο προς την κατεύθυνση της τεχνολογίας χαμηλής κατανάλωσης Δεν είναι μόνο οι απομακρυσμένες τοποθεσίες όπου η συγκεκριμένη τεχνολογία μπορεί να εφαρμοστεί. Οι μπαταρίες δεν είναι βολικές, από υλικοτεχνικής απόψεως, σε οποιοδήποτε σημείο με υψηλή συγκέντρωση αισθητήρων, όπως είναι για παράδειγμα εργοστασιακά δάπεδα και έξυπνα κτίρια γραφείων, σύμφωνα με τον Rich Kapusta, υπεύθυνο μάρκετινγκ της Alta Devices.

Η εταιρεία της Silicon Valley έχει αναπτύξει μια τεχνολογία ηλιακής συγκομιδής ενέργειας, βασισμένη σε ένα υλικό που ονομάζεται αρσενικό γάλλιο, το οποίο ισχυρίζεται ότι είναι πιο αποδοτικό, ελαφρύ και ευέλικτο σε σχέση με τη συμβατική φωτοβολταϊκή τεχνολογία. Τα ηλιακά κύτταρα της εταιρείας χρησιμοποιήθηκαν, πρόσφατα, για την τροφοδοσία μικρών, χαμηλού κόστους δορυφόρων, που περιέχουν ηλεκτρομαγνητικούς, ακτινοβολικούς και αδρανειακούς αισθητήρες, για επιστημονική ανάλυση της ατμόσφαιρας που διενήργησαν Αμερικανοί μαθητές λυκείων και φοιτητές πανεπιστημίων. Ωστόσο, η τεχνολογία, λέει ο κ. Kapusta, θα μπορούσε να επαναφέρει τους αισθητήρες ισχύος στη γη.

Μακροπρόθεσμα, η τεχνολογία των μπαταριών δεν θα είναι σε θέση να ανταποκριθεί στη ζήτηση που δημιουργείται από την επέκταση των εφαρμογών του Διαδικτύου των Πραγμάτων (IoT) υποστηρίζει ο James Myers, διευθυντής συσκευών και κυκλωμάτων στον κλάδο έρευνας και ανάπτυξης της εταιρείας κατασκευής μνήμης, του Ηνωμένου Βασιλείου. Η εταιρεία υπολογίζει ότι η τροφοδοσία 1tn ασύρματων κόμβων αισθητήρων, που χρησιμοποιεί ο καθένας ένα μικρό κύτταρο ιόντων λιθίου, θα απαιτούσε περίπου 109.000 τόνους λιθίου, δηλαδή, ποσότητα σχεδόν τρεις ​​φορές την παγκόσμια ετήσια παραγωγή.

«Η συγκομιδή ενέργειας αποτελεί, απλά, μια αναγκαιότητα εάν πρόκειται να τροφοδοτηθεί ένας μεγάλος αριθμός συσκευών IoT», υποστηρίζει ο ίδιος. Ωστόσο, οι υφιστάμενες τεχνολογίες συγκομιδής ενέργειας εξακολουθούν να αντιμετωπίζουν περιορισμούς που εμποδίζουν την ευρεία υιοθέτησή τους. Ο κ. Luo προτείνει τη μείωση των απαιτήσεων ισχύος των αισθητήρων, εάν θέλουμε η συγκομιδή ενέργειας να καλύψει τη ζήτηση. «Υπάρχει σύγκρουση συμφερόντων μεταξύ της συγκομιδής ενέργειας και των εφαρμογών IoT», τονίζε. Μολονότι έχει σημειωθεί σημαντική πρόοδος στην ανάπτυξη αισθητήρων εξαιρετικά χαμηλής ισχύος, τα τελευταία χρόνια, εν τούτοις οι βιομηχανικές εφαρμογές IoT απαιτούν να συλλέγονται και να μεταδίδονται ολοένα και μεγαλύτεροι όγκοι δεδομένων από τους αισθητήρες και σε πιο συχνά διαστήματα – ή ακόμη, και τα δύο.

Αυτό είναι το είδος των «big data» που θα τροφοδοτήσουν τα συστήματα τεχνητής νοημοσύνης, τα οποία θα είναι ικανά να προβλέψουν τα επερχόμενα προβλήματα, καθώς και τα κόστη που προκύπτουν – εκείνα που θα προβλέπουν, δηλαδή, την εξέλιξη της φθοράς στα θεμέλια των ανεμογεννητριών, ή ένα μηχανικό σφάλμα στον ανελκυστήρα ενός έξυπνου κτιρίου.

Ωστόσο, ο κ. Luo επισύρει την προσοχή στο γεγονός ότι «οι διαθέσιμες πηγές περιβαλλοντικής ενέργειας είναι περιορισμένες και ότι η αποδοτικότητα της μετατροπής ενέργειας δεν μπορεί να υπερβεί τους νόμους της φυσικής. Υπάρχει ένα όριο στην ενέργεια που μπορούμε να συλλέξουμε, ακόμα και αν βελτιώσουμε τις υφιστάμενες τεχνολογίες συγκομιδής ώστε να μεγιστοποιήσουμε την παραγωγή». Απαιτείται να υπάρξει ένας συμβιβασμός μεταξύ της ποσότητας ενέργειας που συλλέγεται και του όγκου των δεδομένων που απαιτούνται από τις ταχέως αναπτυσσόμενες εφαρμογές IoT, λέει. Ο κ. Myers εμφανίζεται αισιόδοξος ότι μπορούν να γίνουν πολλά περισσότερα προκειμένου να γεφυρωθεί αυτό το χάσμα: «Παρουσιάζεται σίγουρα μια ευκαιρία για να απαλλαγούμε από τις μπαταρίες και η ιδέα του «αναπτύσσω και ξεχνώ», κρύβεται πίσω από αυτό. Έχουμε ακόμη να διανύσουμε αρκετή απόσταση, αλλά είναι η κατεύθυνση στην οποία ταξιδεύουμε», κατέληξε.

* Αποτελεί το δίκτυο επικοινωνίας πληθώρας συσκευών, οικιακών συσκευών, αυτοκινήτων καθώς και κάθε αντικειμένου που ενσωματώνει ηλεκτρονικά μέσα, λογισμικό, αισθητήρες και συνδεσιμότητα σε δίκτυο ώστε να επιτρέπεται η σύνδεση και η ανταλλαγή δεδομένων. Απλούστερα, η φιλοσοφία του IoT είναι η σύνδεση όλων των ηλεκτρονικών συσκευών μεταξύ τους -τοπικό δίκτυο- ή με δυνατότητα σύνδεσης στο διαδίκτυο -παγκόσμιος ιστός.