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能量收集芯片?未来物联网真正的核心技术

发表于:2014-02-17     来源:本站     浏览次数: 54611

如果你能够想象一个到处都是传感器的世界,它们无处不在,墙里面、路下面和任何物品内部,但悲催的是,每隔六个月或一年,你就得帮这些传感器换电池。即使我们制造出再多能够运用到传感器的产品,我们仍然受限于电池的续航能力。不过像高通、德州仪器、ARM 和其他硬件科技巨头,都在尽力研制可以自行供能的传感器。

能量其实无处不在,对于这些芯片开发公司,最大的挑战就是找到如何自行储存能量的方法以便持续使用,像太阳能之类的能量并非随时可用。另一个挑战则是如何将这样的低能芯片安装在传感器中。

现在市场上有四种能量收集的芯片:

动能:以动作为基础的充能,这个已经算是使用得比较久的方式,这些芯片主要用于比如手表的充电,或是与一些移动中的设备绑定在一起。

热能:这一类的芯片一般都是从温差当中收集能量,所以比较适合一些贴近人体的设备。

光能:这就好像一块很小的太阳能板,所有的太阳能板都面临一个挑战,那就是如何在在有阳光时最大化地收集能量,而不用在意太阳能板的面积有多大。

磁能:很多公司都在尝试如何从无线电波中收集能量,但几十年都没有成功。


从 Texas Instruments 提供的上述图标中可以看出,不同的收集能量芯片需要什么样的不同环境条件才能驱动特定的设备。

类似的技术其实并不是很新,但市场对这些无线传感器的需求是越来越大,这也要多亏于物联网的快速发展。很多公司现在都很有动力去开发更有效的能量收集芯片和系统,不管是可能使用动能模式的植入式医疗设备,或是一个支撑传感器运行的太阳能电池,这是一个非常值得研究的领域。

举个例子,太阳能初创企业 Alta Devices 这周推出了一款太阳能电池,据说能够产生比现有的室内太阳能技术多 5 倍的电能,所以一个这样的太阳能电池伦理上只有原来大小的五分之一,这也会使得传感器变得更小,适用于更多的产品。

同时,华盛顿大学的研究学者们正试图打造一种可以从无线电广播中收集能量的设备,他们宣称已经找到了从无线电波(蜂窝网络、电视或是 WiFi)中收集能量的方法,称之为“背向散射环境(ambient backscatter)”。

在打造高效传感器方面,除了开发能量收集芯片之外,改善原有电池的寿命也同样重要。一般传感器都需要有后备或是可更换的电池,以防能量收集部件突然的失灵,但事实是这些电池的性能还可以更好。现在研究人员不仅是在研究如何将它们做得更小,还希望做出一些成型的组件,比如直接可以别在衣服上。

当然,这样的组件也必须包含小型控制器和无线广播装置,所以也需要尽量降低它们的功耗。关于无线广播技术这一块,像 ZigBee 和低耗蓝牙是不错的解决方案,但循环中的电源管理则是另外一回事。

其实现在硅谷在这个领域已经有很多变化,这也会帮助我们最终打造出寿命超长或是不根本不需要外接能量支撑的传感器,这样我们才能更好地拥抱物联网的到来。

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