Surmonter l'obstacle de la batterie à la détection omniprésente :enfin

Pourquoi les capteurs auto-alimentés changent la donne

Equiper les objets de dispositifs informatiques leur permettant de transmettre des données sur Internet promet depuis des années de révolutionner le mode de fonctionnement des entreprises et de vie des individus. Et bien que l'Internet des objets (IoT) affecte clairement nos vies personnelles - via les téléphones intelligents, les thermostats connectés, les trackers de fitness portables et même les bouteilles d'eau qui surveillent nos habitudes de consommation - il a été plus lent à atteindre l'ubiquité que les experts ne l'avaient prédit, et de loin à s'implanter plus lentement que prévu parmi les entreprises industrielles.

Le problème des milliards de batteries

En 2012, IBM a prédit 1 000 milliards d'appareils connectés d'ici 2015 . Le monde ne s'est pas approché de ce nombre. L'une des implications des prévisions d'IBM sur un billion d'appareils est le volume - c'est un billion de batteries nécessaires pour que ces billions de capteurs IoT collectent, analysent et envoient des données. La durée de vie de la batterie a été au centre de la plupart des innovations à ce jour. Un article présenté au Symposium de Kyoto 2017 sur les circuits VLSI a décrit les nouvelles méthodes sur lesquelles l'industrie travaille pour prolonger la durée de vie de la batterie des appareils IoT.

Supposons que l'industrie atteigne finalement son objectif d'une durée de vie de 10 ans pour la batterie IoT moyenne. Combien de batteries faudrait-il remplacer chaque jour dans un monde de milliers de milliards d'appareils ? La réponse :273 972 603. Pire encore, si l'industrie n'atteint pas cet objectif et n'offre qu'une durée de vie de batterie de deux ans, cela signifie que chaque personne sur la planète (tous les 7,4 milliards) change une batterie tous les cinq jours.

Nous ne pouvons pas remplacer plus d'un milliard de batteries chaque jour. Même dans le meilleur des cas, pour alimenter 1 000 milliards d'appareils IoT, il faudrait remplacer 274 millions de batteries chaque jour. Et cela en supposant que ces batteries atteignent toutes leur espérance de vie complète de 10 ans. De toute évidence, ce n'est pas un plan réalisable.

Pouvons-nous remplacer les 137 premiers millions de piles avant le déjeuner ?

Mettons cela en termes concrets qui reflètent la manière dont vous pourriez réellement tirer parti de l'IoT dans votre propre entreprise.

Imaginez que vous deviez déployer 10 000 appareils IoT industriels dans vos installations :des capteurs placés stratégiquement pour transmettre des données en temps réel sur la santé et les performances de vos machines et équipements, pour surveiller la température et la qualité de l'air dans divers secteurs, pour rechercher les toxines qui pourraient avoir fuite, pour relayer l'état de votre système de vapeur, de vos systèmes CVC et d'autres infrastructures vitales.

En supposant une notion optimiste d'une durée de vie moyenne de 5 ans dans ces 10 000 piles, votre équipe remplacerait environ 2 000 piles chaque année, soit environ 5 par jour (pensez au problème des détecteurs de fumée domestiques, mais sous stéroïdes). Selon les types d'appareils dont nous parlons, les batteries elles-mêmes peuvent coûter de quelques dollars à plusieurs centaines de dollars chacune à remplacer. Ce qui est peut-être encore plus inquiétant, c'est que le coût d'obtention d'un capteur à distance pour changer une pile est souvent beaucoup plus élevé que le coût de la pile elle-même.

Tout cela aide à expliquer pourquoi, selon un rapport de 2017 cité par l'Institution of Mechanical Engineers, « Les batteries doivent être éliminées pour que l'Internet des objets s'épanouisse . " C'est le problème le plus fondamental - l'industrie se concentre sur la durée de vie de la batterie au lieu d'éliminer complètement la dépendance aux batteries.

5 raisons pour lesquelles les batteries restreignent les déploiements IIoT rentables

Les capteurs alimentés par batterie nécessitent une maintenance manuelle
Le problème le plus évident est que toutes les batteries doivent éventuellement être remplacées. Comme nous l'avons souligné précédemment, le coût d'accès et de remplacement des batteries mortes, car ces processus doivent toujours être effectués manuellement, est souvent beaucoup plus important en ressources et en heures de travail que le coût de la nouvelle batterie elle-même. Ce besoin d'effort manuel fréquent va immédiatement à l'encontre de la valeur fondamentale des capteurs connectés.

Des durées de vie limitées peuvent entraîner des lacunes dans les données critiques
L'inévitabilité d'une batterie à plat peut avoir des conséquences au-delà de la main-d'œuvre marginale et des ressources en capital requises pour inspecter et remplacer les batteries. À moins que l'équipe supervisant les capteurs IoT d'une usine ne découvre immédiatement une batterie à plat et puisse rapidement accéder au capteur et la remplacer, l'usine perdra définitivement toutes les données que le capteur aurait collectées et transmises dans l'intervalle. Pour ne rien arranger, les batteries s'usent rapidement dans les réseaux de capteurs sans fil, même lorsqu'elles sont gérées avec soin.

Étant donné que certains capteurs d'une usine industrielle enregistrent et diffusent des données essentielles pour la sécurité et la conformité, les batteries déchargées peuvent créer des risques importants pour l'entreprise.

Pour économiser la batterie, les capteurs sont souvent configurés pour transmettre des données moins fréquemment
Idéalement, un appareil IoT dans une usine industrielle, par exemple un capteur positionné à proximité des opérations chimiques de l'installation pour surveiller en permanence l'atmosphère à la recherche de fuites toxiques, devrait transmettre ses données extrêmement fréquemment. Des mises à jour plusieurs fois par minute sont idéales.

Mais chaque transmission de données consomme de l'énergie. Ainsi, pour prolonger la durée de vie de la batterie, de nombreux capteurs IoT sont configurés pour transmettre des données beaucoup moins fréquemment que ce qui serait idéal, parfois aussi rarement qu'une fois toutes les 24 heures.

Cela peut donner aux opérateurs d'une usine une image inexacte des données qu'un capteur capture.

Les dimensions physiques peuvent limiter la fonctionnalité du capteur
Les batteries sont souvent la plus grande partie d'un système de capteurs IoT, laissant aux ingénieurs un choix limité quant aux batteries à ajouter à leurs capteurs. De plus, la taille, le poids et les dimensions de la batterie limitent souvent l'utilité du capteur. En effet, les caractéristiques physiques de la batterie peuvent restreindre à la fois les types d'applications qu'un capteur peut exécuter et les autres composants avec lesquels la batterie peut coexister sur la carte du capteur, ainsi que l'endroit où elle peut être déployée (avec des emplacements intégrés hors limites en raison des changements de batterie).

Risques possibles pour la sécurité et dommages environnementaux
Rapports des National Institutes of Health (NIH) des États-Unis que les batteries au lithium couramment utilisées dans les capteurs IoT « peuvent contribuer considérablement à la pollution de l'environnement et à des effets néfastes sur la santé humaine, en raison de matériaux potentiellement toxiques ».

Le déploiement continu d'appareils IoT alimentés par batterie dans le monde, en particulier si ces appareils sont déployés par milliards ou dizaines de milliards comme prévu, est particulièrement préoccupant.

La solution sans batterie
La solution pour la révolution de l'IoT industriel :un système de bout en bout qui rassemble tous les composants nécessaires pour une solution de détection entièrement développée et omniprésente, construite autour de capteurs IoT sans fil entièrement autoalimentés.

La nouvelle technologie brevetée de semi-conducteur et de mise en réseau sans fil permet aux appareils de fonctionner avec de faibles niveaux d'énergie récupérée dans l'environnement, générant suffisamment d'énergie pour permettre leurs opérations à très faible consommation indéfiniment. Les capteurs fonctionnent en continu et n'auront jamais besoin de batterie.

L'énergie est récupérée à partir de plusieurs sources, notamment l'énergie solaire intérieure de faible intensité, l'énergie solaire extérieure, l'effet thermoélectrique (capture de l'énergie ambiante générée par le gradient de température), ainsi que la vibration de matériaux piézoélectriques (tels que certains cristaux et céramiques) et même de les ondes radio traversant l'environnement. Contrairement à d'autres composants électroniques « à faible consommation » mais à usage unique qui utilisent la récupération d'énergie, les nouveaux dispositifs de capteurs complets peuvent non seulement collecter un ensemble de données à l'aide de plusieurs capteurs, mais également traiter, analyser et transmettre ces données sans fil, le tout sur le même budget d'énergie moins de batterie.

Considérez les systèmes autoalimentés comme des « capteurs permanents », car ils peuvent être déployés sans se soucier de les inspecter physiquement pour la maintenance ou une vérification du niveau de la batterie.

Le problème de la batterie a entravé l'adoption de l'Internet industriel des objets (IIoT) et privé les entreprises industrielles d'avantages importants, tels que des capacités de détection omniprésentes qui peuvent générer des informations exploitables jamais accessibles auparavant. La solution est une plate-forme intégrée de détection omniprésente à pile complète où l'ensemble de l'environnement (capteur physique, fonctionnalité de capture et de traitement des données, communication sans fil, plate-forme logicielle d'analyse et de reporting) est conçu pour fonctionner comme un véritable écosystème. Ces innovations peuvent enfin aider les entreprises à réaliser les milliers de milliards de dollars promis par l'IIoT.

Rafael Reyes est actuellement directeur du marketing produit chez Everactive, une entreprise technologique qui combine des capteurs sans fil sans batterie et des analyses cloud pour fournir des solutions IoT industrielles de bout en bout, où il dirige des stratégies de mise sur le marché centrées sur le client pour les nouveaux produits et la stratégie promotionnelle pour les produits existants.
Rafael a plus de 10 ans d'expérience dans le marketing et le développement de produits ; combiné à 5 ans d'expérience en planification stratégique et 5 ans d'expérience en gestion d'unités commerciales, le tout au sein des entreprises B2C et B2B.