Capteurs sans batterie alimentés par récupération d'énergie : la prochaine révolution IoT

L'adoption de l'Internet des Objets (IoT) a explosé mondialement, mais son expansion rapide introduit des défis complexes pour ingénieurs et décideurs. Les prévisions indiquent qu'en 2025, le réseau IoT mondial pourrait héberger plus de 75 milliards de dispositifs connectés, un chiffre soulignant l'urgence de préparer des solutions robustes et évolutives.

Les experts de l'industrie prédisent un futur où des millions de gadgets électroniques partagent un tissu de communication unifié — typiquement un lien sans fil vers services cloud. Pour supporter les demandes explosives de données de cet écosystème, des technologies de capteurs innovantes sont essentielles.

« Je crois que les prochains défis pour l'IoT se concentreront sur l'identification des dispositifs qui feront partie de l'IoT. Ce n'est pas parce qu'il est techniquement possible de concevoir un dispositif intelligent qu'il y a nécessairement de la valeur à avoir chaque dispositif connecté à l'IoT, » dit Greg Rice, Technical Marketing Manager chez ON Semiconductor.

Les capteurs connectés seront pivots across automobile, automatisation industrielle, maison intelligente, électronique grand public, agriculture, et santé mobile. Avec un trafic quotidien projeté de 125 exaoctets d'ici 2025, gérer efficacement ce déluge de données sera un obstacle critique.

Rice souligne qu'envoyer chaque octet généré à l'edge vers le cloud peut congestionner l'infrastructure réseau. « Il pourrait être plus efficace d'effectuer quelques analyses et agrégation de données basiques à l'edge de l'IoT, plutôt que d'envoyer tout à travers le cloud vers le cœur du réseau », note‑il.

Récupération d'énergie

La récupération d'énergie est clé pour soutenir la croissance exponentielle de l'IoT. Les obstacles principaux sont l'efficacité de récupération et la fiabilité du dispositif. Les dispositifs alimentés par récupération opèrent souvent sur des budgets de puissance minuscules, forçant les concepteurs à balancer performance contre consommation.

Un autre défi réside dans la source d'énergie elle‑même. Les unités solaires prospèrent le jour mais faiblissent la nuit, tandis que les dispositifs à récupération RF requièrent un champ électromagnétique suffisamment fort. L'étendue des champs RF pour supporter une récupération généralisée soulève aussi d'importantes considérations de risque sanitaire qui doivent être rigoureusement évaluées.

Capteurs sans batterie

ON Semiconductor a introduit une suite de capteurs sans fil, sans batterie, à la pointe — la famille Smart Passive Sensors™ (SPS) — qui surveille température, pression, humidité et proximité au bord du réseau. Ces capteurs sont idéaux pour déploiements distants ou étendus où le remplacement de batterie est impraticable.

Les capteurs SPS sont des étiquettes RFID sans batterie, sans microprocesseur, qui utilisent le protocole UHF Gen 2 standard pour la communication. Quand interrogés par un lecteur RF, l'étiquette récupère l'énergie du signal, permettant des relevés rapides et précis sans source d'alimentation dédiée.

Figure 1 : Bloc fonctionnel capteur SPS

Rice explique : « Ce réseau de capteurs est conçu pour fonctionner en utilisant la récupération d'énergie RF. Un hub capteur central transmet la puissance RF via une antenne connectée, et les nœuds capteurs individuels sont sans fil et sans batterie, opérant en convertissant le champ RF environnant en puissance électrique. »

Comme montré Figure 2, chaque hub capteur intègre un module lecteur — gérant la communication spécifique au protocole et exposant les données brutes (EPC, Temp, RSSI, Code, etc.) — et un module de traitement qui agrège et formate les données pour analyse ultérieure. Le hub supporte Wi‑Fi, Ethernet, Bluetooth, et autres protocoles pour transmettre les données capteurs au cloud.

Figure 2 : Diagramme de blocs hub capteur

L'architecture globale est dépeinte Figure 3 : le hub collecte données de multiples capteurs et communique avec d'autres dispositifs via le cloud, permettant de nouvelles applications IoT.

Figure 3 : Architecture IoT capteur

Au cœur du bloc de détection se trouve le CI Magnus‑S2© Sensor de RF Micron, une puce RFID UHF alimentée par récupération d'énergie RF du lecteur UHF. Le Magnus‑S2 intègre un moteur Chameleon auto‑accordé breveté qui optimise le front‑end RF across conditions environnementales variables. Il opère dans les bandes UHF FCC et ETSI, délivrant une solution compacte, sans batterie, qui s'adapte facilement aux applications à espace contraint.

La famille SPS inclut :

• Capteurs température pour détection passive sur surfaces métal, non‑métal, céramique — idéaux pour maintenance prédictive centres de données et réglages industriels.
• Capteurs humidité pour détection passive sur plastiques, bois, céramiques, sol, plâtre — utiles pour détection fuites et contrôle qualité.
• Capteurs niveau fluide qui détectent passivement le fluide à travers surfaces plastiques minces.

Conclusions

Avec le nombre de dispositifs connectés en hausse continue, le succès de l'IoT repose sur la performance et capacités des capteurs. Capteurs sans fil, sans batterie, s'intégrant parfaitement aux analyses cloud permettent une surveillance plus intelligente across centres de données, maintenance industrielle, construction, distribution énergie, logistique chaîne du froid, agriculture digitale, et santé.

>> Cet article a été publié à l'origine sur notre site sœur, Power Electronics News.