Überwindung des Batterie-Hindernisses für die allgegenwärtige Wahrnehmung – endlich

Warum batterielose Sensoren der Game-Changer sind

Die Ausrüstung von Objekten mit Computergeräten, mit denen sie Daten über das Internet übertragen können, verspricht seit Jahren, die Art und Weise, wie Unternehmen und Einzelpersonen leben, zu revolutionieren. Und obwohl das Internet der Dinge (IoT) unser Privatleben eindeutig beeinflusst – über Smartphones, vernetzte Thermostate, tragbare Fitness-Tracker und sogar Wasserflaschen, die unsere Trinkgewohnheiten überwachen – hat es sich langsamer durchgesetzt als Experten vorhergesagt haben, und zwar weit langsamer als erwartet in Industrieunternehmen Fuß zu fassen.

Das Billionen-Batterie-Problem

Im Jahr 2012 Prognose von IBM 1 Billion verbundene Geräte bis 2015 . Die Welt kam dieser Zahl nicht nahe. Eine der Auswirkungen der IBM-Prognose für Billionen Geräte ist das Volumen – das sind eine Billion Batterien, die benötigt werden, damit diese Billionen IoT-Sensoren Daten sammeln, analysieren und senden. Die Batterielebensdauer stand bisher im Mittelpunkt der meisten Innovationen. Ein auf dem Kyoto-Symposium 2017 über VLSI-Schaltungen präsentiertes Papier beschrieb neue Methoden, an denen die Industrie arbeitet, um die Batterielebensdauer von IoT-Geräten zu verlängern.

Nehmen wir an, die Branche erreicht schließlich ihr Ziel einer 10-jährigen Lebensdauer einer durchschnittlichen IoT-Batterie. Wie viele Batterien müssten in einer Welt mit Billionen Geräten täglich ausgetauscht werden? Die Antwort:273.972.603. Schlimmer noch, wenn die Industrie dieses Ziel nicht erreicht und nur eine Batterielebensdauer von zwei Jahren erreicht, bedeutet dies, dass jeder Mensch auf der Welt (alle 7,4 Milliarden) alle fünf Tage eine Batterie wechselt.

Wir können nicht jeden Tag mehr als 1 Milliarde Batterien ersetzen. Selbst im besten Fall müssten 274 Millionen Batterien täglich ausgetauscht werden, um 1 Billion IoT-Geräte mit Strom zu versorgen. Und das setzt voraus, dass diese Batterien alle ihre volle Lebenserwartung von 10 Jahren erreichen. Dies ist eindeutig kein durchführbarer Plan.

Können wir die ersten 137 Millionen Batterien vor dem Mittagessen austauschen?

Lassen Sie uns dies in realen Begriffen ausdrücken, die widerspiegeln, wie Sie das IoT tatsächlich in Ihrem eigenen Unternehmen nutzen könnten.

Stellen Sie sich vor, Sie würden 10.000 industrielle IoT-Geräte in Ihren Einrichtungen einsetzen – Sensoren, die strategisch platziert sind, um Echtzeitdaten über den Zustand und die Leistung Ihrer Maschinen und Geräte zu übertragen, die Temperatur und Luftqualität in verschiedenen Sektoren zu überwachen und auf Giftstoffe zu prüfen, die möglicherweise enthalten sind durchgesickert, um den Status Ihres Dampfsystems, Ihrer HLK-Systeme und anderer wichtiger Infrastrukturen zu melden.

Unter der Annahme einer optimistischen Vorstellung von einer durchschnittlichen Lebensdauer von 5 Jahren in diesen 10.000 Batterien würde Ihr Team jedes Jahr ungefähr 2.000 Batterien oder ungefähr 5 pro Tag ersetzen (denken Sie an das Problem mit dem Rauchmelder im Haushalt, aber auf Steroiden). Abhängig von den Gerätetypen, über die wir sprechen, kann der Austausch der Batterien selbst zwischen ein paar Dollar und mehreren hundert Dollar kosten. Noch besorgniserregender ist vielleicht, dass die Kosten für den Wechsel einer Batterie zu einem Fernbedienungssensor oft viel höher sind als die Kosten für die Batterie selbst.

All dies trägt dazu bei, zu erklären, warum laut einem von der Institution of Mechanical Engineers zitierten Bericht aus dem Jahr 2017 „Batterien eliminiert werden müssen, damit das Internet der Dinge floriert .“ Dies ist das grundlegendste Problem – die Industrie konzentriert sich auf die Batterielebensdauer, anstatt die Abhängigkeit von Batterien vollständig zu eliminieren.

5 Gründe, warum Batterien kosteneffektive IIoT-Bereitstellungen einschränken

Batteriebetriebene Sensoren erfordern eine manuelle Wartung
Das offensichtlichste Problem ist, dass alle Batterien irgendwann ersetzt werden müssen. Wie bereits erwähnt, sind die Kosten für den Zugriff auf und das Ersetzen leerer Batterien – da solche Prozesse immer noch manuell durchgeführt werden müssen – in Bezug auf Ressourcen und Arbeitsstunden oft viel höher als die Kosten für die neue Batterie selbst. Dieser häufige manuelle Aufwand macht den Kernwert der angeschlossenen Sensoren sofort zunichte.

Begrenzte Lebensdauern können zu Lücken in geschäftskritischen Daten führen
Die Unvermeidlichkeit einer leeren Batterie kann Konsequenzen haben, die über die geringfügigen Arbeits- und Kapitalressourcen hinausgehen, die für die Inspektion und den Austausch von Batterien erforderlich sind. Wenn das Team, das die IoT-Sensoren einer Anlage beaufsichtigt, nicht sofort eine leere Batterie entdeckt und schnell zum Sensor gelangen und ihn ersetzen kann, verliert die Anlage dauerhaft alle Daten, die der Sensor in der Zwischenzeit gesammelt und übertragen hätte. Erschwerend kommt hinzu, dass Batterien in drahtlosen Sensornetzwerken schnell verschleißen, selbst wenn sie sorgfältig verwaltet werden.

Da einige der Sensoren einer Industrieanlage Daten aufzeichnen und streamen, die für Sicherheit und Compliance erfolgskritisch sind, können auslaufende Batterien erhebliche Gefahren für das Unternehmen darstellen.

Um die Akkulaufzeit zu verlängern, werden Sensoren oft so konfiguriert, dass sie seltener Daten übertragen
Im Idealfall sollte ein IoT-Gerät in einer Industrieanlage – beispielsweise ein Sensor, der in der Nähe des Chemiebetriebs der Anlage positioniert ist, um die Atmosphäre kontinuierlich auf giftige Lecks zu überwachen – seine Daten extrem häufig übertragen. Updates mehrmals pro Minute sind ideal.

Aber jede Datenübertragung verbraucht Strom. Um die Batterielebensdauer zu verlängern, sind viele IoT-Sensoren so konfiguriert, dass sie Daten viel seltener als ideal übertragen – manchmal so selten wie einmal alle 24 Stunden.

Dies kann dem Betreiber einer Anlage ein ungenaues Bild der Daten geben, die ein Sensor erfasst.

Physische Abmessungen können die Sensorfunktionalität einschränken
Batterien sind oft der größte Teil eines IoT-Sensorsystems, sodass Ingenieure nur begrenzte Auswahlmöglichkeiten haben, welche Batterien sie ihren Sensoren hinzufügen möchten. Darüber hinaus schränken Größe, Gewicht und Abmessungen der Batterie häufig die Nützlichkeit des Sensors ein. Dies liegt daran, dass die physikalischen Eigenschaften der Batterie sowohl die Arten von Anwendungen, die ein Sensor ausführen kann, als auch die anderen Komponenten einschränken können, mit denen die Batterie auf der Sensorplatine koexistieren kann, sowie wo sie eingesetzt werden kann (mit eingebetteten Orten, die aufgrund von Anforderungen nicht zulässig sind). Batteriewechsel).

Mögliche Sicherheitsrisiken und Umweltschäden
Berichte der US National Institutes of Health (NIH) dass Lithiumbatterien, die üblicherweise in IoT-Sensoren verwendet werden, „aufgrund potenziell toxischer Materialien erheblich zur Umweltverschmutzung und negativen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit beitragen können.“

Der fortgesetzte Einsatz von batteriebetriebenen IoT-Geräten auf der ganzen Welt – insbesondere wenn diese Geräte wie prognostiziert zu Milliarden oder mehreren zehn Milliarden eingeführt werden – ist besonders besorgniserregend.

Die batterielose Lösung
Die Lösung für die industrielle IoT-Revolution:ein End-to-End-System, das alle notwendigen Komponenten für eine vollständig entwickelte und allgegenwärtige Sensorlösung zusammenfasst – basierend auf drahtlosen IoT-Sensoren, die vollständig energieautark sind.

Die neue patentierte Kern-Halbleiter- und drahtlose Netzwerktechnologie ermöglicht es Geräten, mit geringen Mengen an Umgebungsenergie zu arbeiten und genug Energie zu erzeugen, um ihren Betrieb mit extrem geringem Stromverbrauch auf unbestimmte Zeit zu ermöglichen. Die Sensoren arbeiten kontinuierlich und benötigen nie eine Batterie.

Die Energie wird aus verschiedenen Quellen gewonnen – einschließlich Solarenergie im Innenbereich, im Freien, thermoelektrischer Effekt (Erfassung von Umgebungsenergie, die aus Temperaturgradienten erzeugt wird) sowie durch die Schwingung piezoelektrischer Materialien (wie bestimmte Kristalle und Keramiken) und sogar aus Funkwellen, die durch die Umgebung wandern. Im Gegensatz zu anderen „Low-Power“, aber Einzweck-Elektronikkomponenten, die Energy Harvesting nutzen, können neue komplette Sensorgeräte nicht nur eine Reihe von Daten mit mehreren Sensoren sammeln, sondern diese Daten auch drahtlos verarbeiten, analysieren und übertragen – alles auf dem gleiche Batterie weniger Energiebudget.

Stellen Sie sich energieautarke Systeme als „ewige Sensoren“ vor, da sie eingesetzt werden können, ohne sich Gedanken über eine physische Inspektion zur Wartung oder zur Überprüfung des Batteriestands machen zu müssen.

Das Batterieproblem hat die Einführung des Industrial Internet of Things (IIoT) behindert und Industrieunternehmen bedeutende Vorteile beraubt, wie zum Beispiel umfassende Sensorfunktionen, die umsetzbare Informationen generieren können, die zuvor nie zugänglich waren. Die Lösung ist eine integrierte Full-Stack-Pervasive-Sensing-Plattform, bei der die gesamte Umgebung – physische Sensoren, Datenerfassungs- und -verarbeitungsfunktionen, drahtlose Kommunikation, Analyse- und Berichtssoftwareplattform – als echtes Ökosystem konzipiert ist. Diese Innovationen können Unternehmen endlich dabei helfen, den vom IIoT versprochenen Wert in Billionenhöhe zu realisieren.

Rafael Reyes ist derzeit Director of Product Marketing bei Everactive, einem Technologieunternehmen, das batterielose drahtlose Sensoren und Cloud-Analyse kombiniert, um durchgängige industrielle IoT-Lösungen bereitzustellen, wo er kundenorientierte Markteinführungsstrategien für neue Produkte und die Werbestrategie vorantreibt für bestehende Produkte.
Rafael hat über 10 Jahre Erfahrung im Produktmarketing und in der Produktentwicklung; kombiniert mit 5 Jahren Erfahrung in der strategischen Planung und 5 Jahren Erfahrung im Management von Geschäftseinheiten, alle innerhalb von B2C- und B2B-Unternehmen.