L'alimentation sans fil RF libère l'omniprésence des réseaux de capteurs

Nous sommes à l'ère d'une explosion de l'IA (intelligence artificielle). Tout – de votre réfrigérateur à la gamelle de votre chien – fera partie du réseau de neurones de l'IA. Les revenus mondiaux du marché de l'IA, y compris les logiciels, le matériel et les services, devraient augmenter de 16,4 % d'une année sur l'autre en 2021 pour atteindre 327,5 milliards de dollars, et d'ici 2024, le marché devrait franchir la barre des 500 milliards de dollars.

Bien que ces chiffres soient impressionnants, l'IA n'atteindra son plein potentiel que lorsqu'elle pourra être alimentée par un flux constant de données provenant d'une multitude de sources diverses. Afin de collecter des données à un rythme permettant une sortie d'IA de grande valeur, vous avez besoin d'un réseau de capteurs omniprésent en place. Les capteurs sont les neurones qui déclenchent les synapses de l'IA. Ces synergies sont impératives pour la fréquence et la qualité de la production.

Au cours des dernières années, les capteurs ont commencé à s'imposer comme le cadre de l'IoT. En 2022, les capteurs de mouvement devraient représenter 8,35 % du marché mondial des capteurs compatibles IoT. Le chiffre d'affaires total généré par le marché des capteurs activés devrait atteindre 56 milliards de dollars en 2022.

Les réseaux de capteurs doivent continuer à se développer afin de pouvoir véritablement soutenir l'adoption et la réalisation d'une IA de grande valeur. Cependant, l'expansion évolutive des réseaux de capteurs est étouffée par les restrictions de placement en raison du besoin d'accès à l'alimentation. Alors, comment pouvons-nous "garder les lumières allumées et les neurones allumés ?"

Historiquement, les capteurs sont alimentés par des fils et/ou des piles. Cependant, ces deux options ont des limites. Les câbles peuvent être coûteux à faire fonctionner et souvent restrictifs, avec des limites de longueur de câble et un potentiel de points de rupture. Les piles ont une durée de vie limitée ; ils doivent être remplacés régulièrement et sont jetés lorsqu'ils sont usés. En bref, ils ne sont pas fiables pour les cycles de temps requis; ils représentent un coût répétitif et ne sont pas durables pour l'environnement.

Une alternative à l'alimentation traditionnelle

Un substitut aux fils et aux batteries est la récupération d'énergie (capture de l'énergie disponible). Ou la charge sans fil (génération d'énergie pour alimenter sans fil un appareil), qui est le processus par lequel l'énergie est dérivée de sources d'énergie externes prévisibles, capturée et stockée pour des applications, y compris de petits appareils autonomes sans fil comme ceux utilisés dans les réseaux de capteurs sans fil.

Il existe de nombreuses méthodes de recharge sans fil, que nous allons brièvement détailler :

• Vibration est le concept de conversion de l'énergie vibratoire en énergie électrique. Cette méthode n'est idéale que pour les machines qui vibrent.

• UV/IR l'énergie doit avoir une ligne de visée directe entre l'émetteur et le récepteur pour qu'elle fonctionne correctement, toute obstruction empêche l'alimentation d'atteindre le récepteur.

• Qi est une charge inductive et offre des watts de puissance, mais uniquement pour les applications où l'émetteur et le récepteur sont à quelques millimètres l'un de l'autre ; l'alignement des appareils est assez restrictif.

• Solaire et éolien, dans la plupart des cas, doit être à l'extérieur et peut donc être coûteux à construire et peut également être un peu limité dans ses capacités.

• Radiofréquence (RF) ne nécessite pas de ligne de vue directe, peut fournir de l'énergie dans des boîtiers étanches, est de faible puissance (μW à mW) et est plus polyvalent que les processus mentionnés précédemment.

Réseaux de capteurs sans fil

La technologie d'alimentation sans fil RF est unique car elle utilise des ondes électromagnétiques de radiofréquence plutôt que des champs magnétiques pour charger un appareil. Un émetteur RF utilise l'électronique pour générer un signal RF. Le signal RF est envoyé à une antenne, qui transmet les ondes RF à un récepteur intégré dans un appareil, qui les capte à l'aide d'une antenne. Ils sont ensuite convertis en courant continu utilisable à l'aide d'une puce intégrée. Cela alimente l'appareil ou recharge la batterie. Le transfert de puissance sans fil RF peut être décrit dans le champ lointain à l'aide de la célèbre équation de Friis. L'équation nous montre comment la puissance transmise, les types d'antennes et la fréquence du signal RF ont un impact sur la puissance reçue à différentes distances.

L'alimentation sans fil RF peut être mise en œuvre comme un point de charge où plusieurs appareils peuvent être alimentés simultanément ; comme un faisceau RF qui peut être envoyé directement vers un appareil particulier à plusieurs mètres de l'émetteur ; ou comme point focalisé directement devant l'émetteur. Comme il s'agit d'un système bilatéral (transmission et réception), une solution peut être conçue pour la plupart des applications. L'un des grands avantages de l'alimentation sans fil RF est qu'elle peut être mise en œuvre dans une variété d'environnements et de configurations différents, par exemple, des installations à grande échelle telles que des hôtels, des complexes de bureaux et des campus. La plupart du temps, il y a des zones inoccupées d'un hôtel, d'un complexe de bureaux ou d'un campus, qui n'ont pas besoin de lumières allumées ou de systèmes de température fonctionnant à un état stable. La possibilité de modifier ces conditions (ne pas avoir de lumières allumées dans certaines pièces inoccupées et ne pas faire démarrer le système de climatisation ou de chauffage ou fonctionner moins souvent) peut créer des installations respectueuses de l'environnement, améliorer l'expérience de l'utilisateur et permettre des économies importantes.

En règle générale, les réseaux de capteurs ne sont intégrés que lors de la conception du bâtiment ou lors d'un effort de rénovation à grande échelle, en raison de la complexité de la mise en œuvre. Cependant, les réseaux de capteurs sans fil (WSN) utilisant une alimentation sans fil RF facilitent grandement la mise en œuvre. Pas besoin de faire passer des fils, pas besoin de considérer les problèmes de batterie. Un WSN active des capteurs dédiés, dispersés dans l'espace et illimités pour surveiller et signaler les conditions physiques de l'environnement et organiser les données collectées à un emplacement centralisé.

Aujourd'hui, les WSN dépendent encore principalement de l'alimentation par batterie, qui, comme indiqué, n'est pas entièrement fiable ou préférable. Mais, l'introduction de la mentalité "couper les cordons" de WSN tech permet de détecter hors de vue et dans des endroits difficiles d'accès. L'intégration de la récupération d'énergie va encore plus loin dans la polyvalence des WSN en supprimant l'interaction humaine après l'installation afin que ces systèmes puissent fonctionner de manière fiable en continu sans nécessiter de maintenance. De plus, alors que la récupération d'énergie ajoute un coût initial initial, le retour sur investissement économique d'un contrôle accru est rapide, et l'absence de maintenance future (remplacement de la batterie) et d'élimination a un effet cumulatif.

En dehors de la surveillance et du contrôle de l'environnement, d'autres façons d'appliquer cette technologie incluent des systèmes de balayage de température personnelle sans batterie conçus pour aider avec les protocoles COVID-19, une détection sans batterie dans des chambres de matières dangereuses ou des conteneurs de stockage où il est dangereux pour les individus d'être autour , et même le suivi de la température des vaccins à l'aide de l'équipement RFID existant, une pratique courante dans la plupart des contextes médicaux.

Demande de WSN

À mesure que la demande d'IA augmentera, la demande de WSN augmentera également. Projets de recherche selon lesquels le marché mondial des réseaux de capteurs sans fil devrait croître à un TCAC (taux de croissance annuel composé) supérieur à 14% au cours de la période de prévision. Sa taille peut atteindre 1,5 milliard de dollars d'ici 2022. Les WSN sont avantageux pour de nombreuses raisons :ils sont flexibles et adaptables, sont évolutifs et peuvent accueillir de nouveaux appareils à tout moment, et peuvent aider à réduire les coûts car il n'y a pas de coûts de câblage.

Le besoin de réseaux WSN se fera sentir dans tous les secteurs d'activité, de la vente au détail aux entrepôts, en passant par les installations de fabrication et au-delà. Même les espaces publics utilisent des WSN dans les feux de circulation, les arrêts de bus, les autoroutes, les passages pour piétons, etc. Les immeubles de bureaux utilisent des WSN pour surveiller les emplacements des employés ainsi que le suivi des actifs pour voir où se trouvent les ordinateurs portables dans un bâtiment. Des thermostats intelligents, des serrures, des stores, des lumières et des prises, il semble que tout soit connecté de nos jours, et à mesure que nous voyons apparaître de plus en plus d'appareils intelligents, nous verrons des demandes encore plus importantes pour les WSN. Ils seront l'épine dorsale des villes intelligentes de demain.

Alimentation sans fil RF

Bien qu'il existe plusieurs options pour l'alimentation en direct, la RF est l'une des formes les plus fiables et les plus évolutives de transfert d'énergie sans fil pour les environnements intérieurs et extérieurs. En général, l'alimentation sans fil est plus fiable que la récupération d'énergie, car elle est identifiable et prévisible. Il est également facile d'intégrer la technologie de charge sans fil RF car elle n'est pas limitée par le mouvement ou le placement exact, ce qui lui permet d'accueillir des appareils que l'induction ne peut pas.

L'alimentation sans fil est la technologie habilitante de demain. Cela nous donnera la flexibilité de déployer les WSN de manière à rendre demain plus intelligent, plus sûr, plus vert et meilleur.

Cet article a été écrit par Charlie Goetz, PDG de Powercast (Pittsburgh, PA). Pour plus d'informations, contactez M. Goetz à Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer Javascript pour le voir.; ou visitez ici .