Het batterij-obstakel voor alomtegenwoordige waarneming overwinnen - Eindelijk

Waarom zelfaangedreven sensoren de game-changer zijn

Het uitrusten van objecten met computerapparatuur waarmee ze gegevens via internet kunnen verzenden, belooft al jaren een revolutie teweeg te brengen in de manier waarop bedrijven werken en individuen leven. En hoewel het internet der dingen (IoT) duidelijk invloed heeft op ons persoonlijke leven – via smartphones, verbonden thermostaten, draagbare fitnesstrackers en zelfs waterflessen die onze drinkgewoonten in de gaten houden – is het langzamer geworden om alomtegenwoordigheid te bereiken dan experts voorspelden, en ver trager dan verwacht bij industriële bedrijven.

Het probleem met de biljoenen batterijen

In 2012 voorspelde IBM IBM 1 biljoen verbonden apparaten in 2015 . De wereld kwam niet in de buurt van dat aantal. Een van de implicaties van IBM's voorspelling van biljoenen apparaten is het volume - dat zijn een biljoen batterijen die nodig zijn om die biljoen IoT-sensoren gegevens te laten verzamelen, analyseren en verzenden. De levensduur van de batterij is de focus geweest van de meeste innovaties tot nu toe. Een paper gepresenteerd op het Kyoto Symposium 2017 over VLSI Circuits beschreef nieuwe methoden waaraan de industrie werkt om de levensduur van de batterij voor IoT-apparaten te verlengen.

Laten we aannemen dat de industrie uiteindelijk haar doel van een levensduur van 10 jaar voor de gemiddelde IoT-batterij bereikt. Hoeveel batterijen zouden er elke dag moeten worden vervangen in een wereld van biljoenen apparaten? Het antwoord:273.972.603. Erger nog, als de industrie dat doel niet haalt en slechts een batterijlevensduur van twee jaar levert, betekent dit dat elke persoon op de planeet (allemaal 7,4 miljard) elke vijf dagen een batterij vervangt.

We kunnen niet elke dag meer dan 1 miljard batterijen vervangen. Zelfs in het beste geval zou het voor het voeden van 1 biljoen IoT-apparaten elke dag 274 miljoen batterijen moeten vervangen. En dat in de veronderstelling dat die batterijen allemaal hun volledige levensverwachting van 10 jaar bereiken. Dit is duidelijk geen haalbaar plan.

Kunnen we de eerste 137 miljoen batterijen vervangen voor de lunch?

Laten we dit in praktische termen zeggen die weerspiegelen hoe u IoT daadwerkelijk kunt gebruiken in uw eigen bedrijf.

Stelt u zich eens voor dat u 10.000 industriële IoT-apparaten in uw faciliteiten zou inzetten:sensoren die strategisch zijn geplaatst om realtime gegevens over de gezondheid en prestaties van uw machines en apparatuur te verzenden, om de temperatuur en luchtkwaliteit in verschillende sectoren te bewaken, om te controleren op giftige stoffen die mogelijk gelekt, om de status van uw stoomsysteem, HVAC-systemen en andere vitale infrastructuur door te geven.

Uitgaande van een optimistisch idee van een gemiddelde levensduur van 5 jaar in die 10.000 batterijen, zou uw team ongeveer 2000 batterijen per jaar vervangen, of ongeveer 5 per dag (denk aan het probleem met de rookmelder in huis, maar dan op steroïden). Afhankelijk van het soort apparaten waar we het over hebben, kunnen de batterijen zelf een paar dollar tot honderden dollars kosten om te vervangen. Misschien nog zorgwekkender is dat de kosten om naar een externe sensor te gaan om een ​​batterij te vervangen vaak veel hoger zijn dan de kosten van de batterij zelf.

Dit alles helpt verklaren waarom, volgens een rapport uit 2017, geciteerd door de Institution of Mechanical Engineers, "Batterijen moeten worden geëlimineerd om het internet der dingen te laten bloeien .” Dit is het meest fundamentele probleem:de industrie richt zich op de levensduur van de batterij in plaats van de afhankelijkheid van batterijen helemaal te elimineren.

5 redenen waarom batterijen kosteneffectieve IIoT-implementaties beperken

Op batterijen werkende sensoren vereisen handmatig onderhoud
Het meest voor de hand liggende probleem is dat alle batterijen uiteindelijk moeten worden vervangen. Zoals we eerder aangaven, zijn de kosten van toegang tot en vervanging van lege batterijen - omdat dergelijke processen nog steeds handmatig moeten worden uitgevoerd - vaak veel hoger in middelen en manuren dan de kosten van de nieuwe batterij zelf. Deze behoefte aan frequente handmatige inspanning doet meteen de kernwaarde van aangesloten sensoren teniet.

Een eindige levensduur kan leiden tot hiaten in bedrijfskritieke gegevens
De onvermijdelijkheid van een lege batterij kan gevolgen hebben die verder gaan dan de marginale arbeid en kapitaalbronnen die nodig zijn om batterijen te inspecteren en te vervangen. Tenzij het team dat toezicht houdt op de IoT-sensoren van een fabriek een lege batterij onmiddellijk ontdekt en snel naar de sensor kan gaan en deze kan vervangen, zal de fabriek permanent alle gegevens verliezen die de sensor in de tussentijd zou hebben verzameld en verzonden. Tot overmaat van ramp slijten batterijen in draadloze sensornetwerken snel, zelfs als ze zorgvuldig worden beheerd.

Omdat sommige sensoren van een industriële fabriek gegevens registreren en streamen die essentieel zijn voor veiligheid en naleving, kunnen lege batterijen aanzienlijke gevaren voor het bedrijf opleveren.

Om de levensduur van de batterij te verlengen, zijn sensoren vaak geconfigureerd om minder vaak gegevens te verzenden
Idealiter zou een IoT-apparaat in een industriële fabriek, bijvoorbeeld een sensor die in de buurt van de chemische operaties van de faciliteit is geplaatst om de atmosfeer continu te controleren op giftige lekken, zijn gegevens extreem vaak moeten verzenden. Meerdere keren per minuut updates zijn ideaal.

Maar elke datatransmissie verbruikt stroom. Om de levensduur van de batterij te verlengen, zijn veel IoT-sensoren zo geconfigureerd dat ze veel minder vaak gegevens verzenden dan ideaal zou zijn - soms zelfs zo weinig als eens per 24 uur.

Dit kan de operators van een fabriek een onnauwkeurig beeld geven van de gegevens die een sensor vastlegt.

Fysieke afmetingen kunnen de sensorfunctionaliteit beperken
Batterijen vormen vaak het grootste onderdeel van een IoT-sensorsysteem, waardoor ingenieurs beperkte keuzes hebben over welke batterijen ze aan hun sensoren moeten toevoegen. Bovendien beperken de grootte, het gewicht en de afmetingen van de batterij vaak het nut van de sensor. Dit komt omdat fysieke kenmerken van de batterij zowel de soorten toepassingen die een sensor kan uitvoeren als de andere componenten waarmee de batterij op het bord van de sensor naast elkaar kan bestaan, kunnen beperken, evenals waar deze kan worden ingezet (met ingebedde locaties verboden terrein vanwege vereiste batterijwissels).

Mogelijke veiligheidsrisico's en milieuschade
Rapporten van de Amerikaanse National Institutes of Health (NIH) dat lithiumbatterijen die vaak worden gebruikt in IoT-sensoren "aanzienlijk kunnen bijdragen aan milieuvervuiling en nadelige gevolgen voor de menselijke gezondheid, vanwege potentieel giftige materialen."

De voortdurende inzet van op batterijen werkende IoT-apparaten over de hele wereld, vooral als deze apparaten met miljarden of tientallen miljarden worden uitgerold zoals voorspeld, is bijzonder zorgwekkend.

De batterijloze oplossing
De oplossing voor de industriële IoT-revolutie:een end-to-end systeem dat alle benodigde componenten samenbrengt voor een volledig ontwikkelde en alomtegenwoordige detectieoplossing, gebouwd rond draadloze IoT-sensoren die volledig zelfaangedreven zijn.

Nieuwe gepatenteerde kernhalfgeleider- en draadloze netwerktechnologie stellen apparaten in staat om te werken op lage niveaus van omgevingsgeoogste energie, waardoor voldoende stroom wordt gegenereerd om hun ultra-low-power operaties voor onbepaalde tijd mogelijk te maken. De sensoren werken continu en hebben nooit een batterij nodig.

Energie wordt geoogst uit verschillende bronnen, waaronder laaggelegen zonne-energie binnenshuis, zonne-energie buitenshuis, het thermo-elektrische effect (het opvangen van omgevingsenergie die wordt gegenereerd door de temperatuurgradiënt), evenals door de vibratie van piëzo-elektrische materialen (zoals bepaalde kristallen en keramiek) en zelfs van radiogolven die door de omgeving reizen. In tegenstelling tot andere 'low-power', maar enkelvoudige elektronische componenten die gebruik maken van energiewinning, kunnen nieuwe complete sensorapparaten niet alleen een reeks gegevens verzamelen met behulp van meerdere sensoren, maar die gegevens ook draadloos verwerken, analyseren en verzenden - allemaal op de hetzelfde budget voor minder batterijvermogen.

Zie zelfaangedreven systemen als 'voor altijd sensoren', omdat ze kunnen worden ingezet zonder dat u zich zorgen hoeft te maken over fysieke inspectie voor onderhoud of een controle op het batterijniveau.

Het batterijprobleem heeft de acceptatie van het Industrial Internet of Things (IIoT) belemmerd en heeft industriële bedrijven aanzienlijke voordelen ontnomen, zoals alomtegenwoordige detectiemogelijkheden die bruikbare informatie kunnen genereren die nooit eerder toegankelijk was. De oplossing is een geïntegreerd, full-stack pervasive-sensing-platform waarbij de hele omgeving - fysieke sensor, functionaliteit voor het vastleggen en verwerken van gegevens, draadloze communicatie, analyse en rapportagesoftware - is ontworpen om als een echt ecosysteem te functioneren. Deze innovaties kunnen bedrijven eindelijk helpen de door het IIoT beloofde biljoenen dollars aan waarde te realiseren.

Rafael Reyes is momenteel directeur productmarketing bij Everactive, een technologiebedrijf dat batterijloze draadloze sensoren en cloudanalyses combineert om end-to-end industriële IoT-oplossingen te leveren, waar hij klantgerichte go-to-market-strategieën voor nieuwe producten en de promotiestrategie stimuleert voor bestaande producten.
Rafael heeft meer dan 10 jaar ervaring in productmarketing en productontwikkeling; gecombineerd met 5 jaar ervaring in Strategische Planning en 5 jaar ervaring in Business unit management, allemaal binnen de B2C en B2B ondernemingen.