HF-Drahtlosenergie entfesselt die Allgegenwärtigkeit von Sensornetzwerken

Wir befinden uns im Zeitalter einer KI-Explosion (Künstliche Intelligenz). Alles – von Ihrem Kühlschrank bis zum Napf Ihres Hundes – wird Teil des KI-Neuronennetzwerks. Die weltweiten Einnahmen für den KI-Markt, einschließlich Software, Hardware und Dienstleistungen, sollen im Jahr 2021 im Jahresvergleich um 16,4 % auf 327,5 Milliarden US-Dollar steigen, und bis 2024 soll der Markt die 500-Milliarden-Dollar-Marke überschreiten.

Auch wenn diese Zahlen beeindruckend sind, wird die KI ihr volles Potenzial nur entfalten, wenn sie mit einem konstanten Strom von Daten aus einer Vielzahl unterschiedlicher Quellen gespeist werden kann. Um Daten mit einer Rate zu sammeln, die eine hochwertige KI-Ausgabe ermöglicht, benötigen Sie ein allgegenwärtiges Sensornetzwerk. Sensoren sind die Neuronen, die die KI-Synapsen feuern. Diese Synergien sind für die Häufigkeit und Qualität der Ausgabe unerlässlich.

In den letzten Jahren haben Sensoren begonnen, sich als Rahmen des IoT zu etablieren. Im Jahr 2022 werden Bewegungssensoren voraussichtlich 8,35 Prozent des globalen Marktes für IoT-fähige Sensoren ausmachen. Der Gesamtumsatz des Marktes für aktivierte Sensoren wird im Jahr 2022 auf 56 Milliarden $ geschätzt.

Sensornetzwerke müssen weiter ausgebaut werden, um die Einführung und Erfüllung hochwertiger KI wirklich unterstützen zu können. Der skalierbare Ausbau von Sensornetzwerken wird jedoch durch die Beschränkungen der Platzierung aufgrund des erforderlichen Zugangs zu Strom erstickt. Wie können wir also „das Licht an und die Neuronen feuern lassen“?

Früher wurden Sensoren über Kabel und/oder Batterien mit Strom versorgt. Beide Optionen haben jedoch Einschränkungen. Die Verlegung von Kabeln kann teuer und oft restriktiv sein – mit Einschränkungen in der Kabellänge und potenziellen Bruchstellen. Batterien haben eine begrenzte Lebensdauer; Sie müssen regelmäßig ersetzt werden und werden weggeworfen, wenn sie verbraucht sind. Kurz gesagt, sie sind für die erforderlichen Zeitzyklen nicht zuverlässig; Sie verursachen wiederkehrende Kosten und sind ökologisch nicht nachhaltig.

Eine Alternative zu traditioneller Stromversorgung

Ein Ersatz für Kabel und Batterien ist Energy Harvesting (Erfassung verfügbarer Energie). Oder drahtloses Laden (Erzeugen von Energie, um ein Gerät drahtlos mit Strom zu versorgen), bei dem Energie aus vorhersehbaren externen Energiequellen gewonnen, erfasst und für Anwendungen gespeichert wird, einschließlich kleiner drahtloser autonomer Geräte, wie sie in drahtlosen Sensornetzwerken verwendet werden.

Es gibt viele Methoden des kabellosen Ladens, die wir uns kurz ansehen werden:

• Vibration ist das Konzept der Umwandlung von Vibrationsenergie in elektrische Energie. Diese Methode ist nur für Maschinen geeignet, die vibrieren.

• UV/IR Energie muss eine direkte Sichtlinie zwischen dem Sender und dem Empfänger haben, damit sie richtig funktioniert, jegliche Hindernisse führen dazu, dass der Empfänger nicht mit Strom versorgt wird.

• Qi ist induktives Laden und bietet Wattleistung, ist aber nur für Anwendungen geeignet, bei denen Sender und Empfänger einige Millimeter voneinander entfernt sind; Die Geräteausrichtung ist ziemlich restriktiv.

• Sonne und Wind, muss in den meisten Fällen im Freien stehen und kann daher kostspielig zu bauen sein und kann auch in seinen Fähigkeiten etwas eingeschränkt sein.

• Funkfrequenz (RF) erfordert keine direkte Sichtlinie, kann Strom in wasserdichte Gehäuse liefern, hat einen geringen Stromverbrauch (μW bis mW) und ist vielseitiger als die zuvor erwähnten Prozesse.

Drahtlose Sensornetzwerke

Die HF-Wireless-Power-Technologie ist einzigartig, da sie elektromagnetische Hochfrequenzwellen anstelle von Magnetfeldern verwendet, um ein Gerät aufzuladen. Ein HF-Sender verwendet Elektronik, um ein HF-Signal zu erzeugen. Das HF-Signal wird an eine Antenne gesendet, die die HF-Wellen an einen in ein Gerät eingebetteten Empfänger überträgt, der sie mit einer Antenne aufnimmt. Sie werden dann mithilfe eines eingebetteten Chips in nutzbaren Gleichstrom umgewandelt. Dadurch wird das Gerät mit Strom versorgt oder der Akku aufgeladen. Die Übertragung von drahtloser HF-Leistung kann im Fernfeld mit der bekannten Friis-Gleichung beschrieben werden. Die Gleichung zeigt uns, wie sich Sendeleistung, Antennentypen und Frequenz des HF-Signals auf die Empfangsleistung bei unterschiedlichen Entfernungen auswirken.

HF-Wireless Power kann als Ladepunkt implementiert werden, an dem mehrere Geräte gleichzeitig mit Strom versorgt werden können; als HF-Strahl, der mehrere Meter vom Sender entfernt direkt zu einem bestimmten Gerät gesendet werden kann; oder als Fokuspunkt direkt vor dem Sender. Da es sich um ein zweiseitiges System (Senden und Empfangen) handelt, kann für die meisten Anwendungen eine Lösung entwickelt werden. Ein großer Vorteil der drahtlosen HF-Stromversorgung besteht darin, dass sie in einer Vielzahl unterschiedlicher Umgebungen und Konfigurationen implementiert werden kann, beispielsweise in großen Einrichtungen wie Hotels, Bürokomplexen und Universitätsgeländen. Meistens gibt es unbewohnte Bereiche eines Hotels, Bürokomplexes oder Campus, in denen kein Licht eingeschaltet sein muss oder die Temperatursysteme nicht in einem konstanten Zustand laufen müssen. Die Möglichkeit, diese Bedingungen zu ändern (in bestimmten unbesetzten Räumen kein Licht anzuschalten und die Klimaanlage oder das Heizsystem nicht einzuschalten oder seltener laufen zu lassen), kann umweltfreundliche Einrichtungen schaffen, die Benutzererfahrung verbessern und erhebliche Kosteneinsparungen ermöglichen.

Typischerweise werden Sensornetzwerke aufgrund der Komplexität der Implementierung nur integriert, wenn das Gebäude entworfen wird, oder während eines groß angelegten Umbaus. Drahtlose Sensornetzwerke (WSNs) mit drahtloser HF-Leistung machen die Implementierung jedoch viel einfacher. Keine Notwendigkeit, Kabel zu verlegen, keine Batterieprobleme zu berücksichtigen. Ein WSN ermöglicht uneingeschränkte, räumlich verteilte und dedizierte Sensoren zur Überwachung und Meldung der physikalischen Bedingungen der Umgebung und zur Organisation der gesammelten Daten an einem zentralen Ort.

Heutzutage verlassen sich WSNs immer noch hauptsächlich auf Batteriestrom, der, wie bereits erwähnt, nicht vollständig zuverlässig oder vorzuziehen ist. Aber die Einführung der „Cut the Cords“-Mentalität von WSN Tech ermöglicht es, dass die Erfassung außer Sichtweite und an schwer zugänglichen Orten stattfindet. Die Integration von Energy Harvesting bringt die Vielseitigkeit von WSN einen Schritt weiter, indem die menschliche Interaktion nach der Installation entfällt, sodass diese Systeme zuverlässig und ohne Wartungsbedarf kontinuierlich betrieben werden können. Darüber hinaus führt Energy Harvesting zwar zu anfänglichen Vorabkosten, der wirtschaftliche ROI aus größerer Kontrolle ist jedoch schnell, und die Freiheit von zukünftiger Wartung (Batterieaustausch) und Entsorgung hat einen zusätzlichen Effekt.

Außerhalb der Umweltüberwachung und -kontrolle kann diese Technologie auch in batterielosen Personentemperatur-Scansystemen eingesetzt werden, die zur Unterstützung der COVID-19-Protokolle entwickelt wurden, batterielose Erfassung in Gefahrstoffkammern oder Lagerbehältern, in denen es für Personen gefährlich ist, sich in der Nähe aufzuhalten , und sogar die Verfolgung der Temperatur von Impfstoffen mit vorhandener RFID-Ausrüstung – eine gängige Praxis in den meisten medizinischen Einrichtungen.

Nachfrage nach WSNs

Mit steigender Nachfrage nach KI steigt auch die Nachfrage nach WSNs. Research geht davon aus, dass der globale Markt für drahtlose Sensornetzwerke im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer CAGR (Compound Annual Growth Rate) von über 14 Prozent wachsen wird. Seine Größe kann bis 2022 auf 1,5 Milliarden US-Dollar ansteigen. WSNs sind aus vielen Gründen vorteilhaft:Sie sind flexibel und anpassungsfähig, skalierbar, können jederzeit neue Geräte aufnehmen und können zu Kosteneinsparungen beitragen, da keine Verkabelungskosten anfallen.

Der Bedarf an WSNs wird in allen Geschäftsbereichen gesehen – vom Einzelhandel bis zu Lagern, Produktionsstätten und darüber hinaus. Sogar öffentliche Bereiche nutzen WSNs in Ampeln, Bushaltestellen, Autobahnen, Zebrastreifen und so weiter. Bürogebäude verwenden WSNs, um die Standorte der Mitarbeiter zu überwachen, sowie Asset-Tracking, um zu sehen, wo sich Laptops in einem Gebäude befinden. Von intelligenten Thermostaten, Schlössern, Jalousien, Lichtern und Steckdosen scheint heutzutage alles miteinander verbunden zu sein, und je mehr intelligente Geräte auftauchen, desto größer werden die Anfragen nach WSNs. Sie werden das Rückgrat der Smart Cities von morgen sein.

HF-Drahtlosleistung

Während es mehrere Optionen für Over-the-Air-Energie gibt, gehört RF zu den zuverlässigsten und skalierbarsten Formen der drahtlosen Energieübertragung für Innen- und Außenumgebungen. Im Allgemeinen ist drahtlose Stromversorgung zuverlässiger als Energy Harvesting, da sie identifizierbar und vorhersehbar ist. Es ist auch einfach, die drahtlose HF-Ladetechnologie zu integrieren, da sie nicht durch Bewegung oder genaue Platzierung eingeschränkt ist, sodass sie Geräte aufnehmen kann, die Induktion nicht kann.

Wireless Power ist die Schlüsseltechnologie von morgen. Es gibt uns die Flexibilität, WSNs so einzusetzen, dass wir die Zukunft intelligenter, sicherer, umweltfreundlicher und besser machen können.

Dieser Artikel wurde von Charlie Goetz, Chief Executive Officer, Powercast (Pittsburgh, PA) verfasst. Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Herrn Goetz unter Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! JavaScript muss aktiviert werden, damit sie angezeigt werden kann.; oder besuchen Sie hier .