La connettività wireless ha reso più facile l'utilizzo di determinati dispositivi in un numero maggiore di luoghi. Le telecamere di sicurezza sono state a lungo collegate tramite reti cablate, ma la possibilità di renderle wireless ha permesso di installarle in molte più posizioni. L'intero settore del tracciamento dei beni e dei dati di movimento sarebbe completamente impossibile senza la tecnologia wireless alimentata a batteria.
Alcuni prodotti, come i dispositivi combinati campanello-telecamera, non avrebbero successo se non potessero connettersi in modalità wireless e funzionare a batterie.
Utilizzo delle batterie:
Le batterie rappresentano una fonte di energia portatile e, come tali, si sono dimostrate infinitamente utili. Nel corso dei decenni, molti prodotti elettronici sono stati miniaturizzati e richiedono sempre meno energia. Prodotti che un tempo necessitavano di diverse batterie di tipo D, relativamente grandi, ora funzionano perfettamente con batterie AA o AAA. Alcuni di essi possono addirittura funzionare per lunghi periodi con batterie a bottone.
Molti di questi prodotti fanno parte dell'IoT: fitness tracker, altoparlanti intelligenti, localizzatori GPS, sistemi di controllo del traffico e le già citate telecamere e campanelli.
Ma le batterie si scaricano e devono quindi essere smaltite: riciclate o gettate nella spazzatura.
Gli svantaggi delle batterie:
ogni anno, negli Stati Uniti vengono vendute circa 5 miliardi di batterie a secco, secondo l'Agenzia per la Protezione Ambientale (EPA), responsabile del monitoraggio dei rifiuti solidi e dei potenziali rischi ad essi associati. In Europa, secondo diverse fonti, se ne vendono fino a 8 miliardi all'anno. Di conseguenza, ogni anno vengono smaltite diverse miliardi di batterie a secco.
Quasi tutti i tipi di batterie contengono materiali potenzialmente tossici, ma il riciclo non è sempre facile o economico, pertanto il loro riciclo a livello mondiale è, nella migliore delle ipotesi, discontinuo. Ad esempio, una stima suggerisce che solo la metà delle batterie smaltite in Europa venga riciclata. Gli attuali livelli di rifiuti e inquinamento sono insostenibili.
Nel frattempo, il mondo sta implementando un numero sempre maggiore di dispositivi IoT. Secondo IoT Analytics, nel 2022 sono stati installati 14,4 miliardi di dispositivi IoT e l'azienda prevede che questo numero raddoppierà entro il 2027. Sia in ambito domestico che industriale, con l'aumento dei dispositivi IoT, aumentano anche i costi di sostituzione e l'impegno necessario per la loro sostituzione. Alcune delle applicazioni IoT più recenti e ambiziose propongono l'utilizzo di grandi reti di sensori per controllare attività su vasta scala, dall'agricoltura all'automazione industriale.
Fonte: Phys.org
Raccolta di energia:
questi dispositivi IoT sono candidati all'alimentazione a batteria, ma a quanto pare molti potrebbero non averne bisogno. Alcuni sensori necessitano solo delle minime quantità di energia che l'universo fornisce gratuitamente.
In questi casi, la raccolta di energia rappresenta una possibilità interessante. Il concetto di base è quello di catturare energia da qualche fenomeno naturale – in alcuni casi, da più fonti energetiche – e convertirla in elettricità.
Per definizione, l'energia solare ed eolica sono considerate forme di raccolta di energia. Entrambe possono raggiungere i megawatt, ma per i dispositivi IoT situati all'estremità opposta della rete, il fabbisogno può essere misurato in milliwatt e persino microwatt, il che significa che si possono prendere in considerazione molti altri fenomeni fisici.
Tipi di raccolta di energia
Il fotovoltaico (FV) è senza dubbio un'opzione per i dispositivi IoT a bassissimo consumo energetico. Le celle fotovoltaiche classiche, le stesse utilizzate nei pannelli solari, rimangono una soluzione valida, ma si stanno sviluppando tecnologie fotovoltaiche alternative, incluse alcune basate su composti artificiali che imitano la fotosintesi.
Le moderne celle fotovoltaiche hanno notevolmente migliorato la densità di potenza e possono funzionare sia all'aperto che al chiuso per ricaricare batterie o supercondensatori.
I generatori termoelettrici possono sfruttare minuscole differenze di temperatura per catturare microwatt da praticamente qualsiasi fonte, dai macchinari industriali al corpo umano. In alcune applicazioni, è possibile sfruttare anche l'energia derivante dalle vibrazioni della corrente alternata.
I materiali piezoelettrici generano energia quando vengono deformati. Applicazioni in cui il movimento fisico è pressoché costante potrebbero trarre vantaggio dalla raccolta di energia in questo modo, come ad esempio i veicoli a motore. Molti produttori leader di interruttori della luce per case ed edifici intelligenti stanno integrando questa raccolta di energia piezocinetica nella loro linea di interruttori della luce mobili senza batteria.
Altre tecnologie di raccolta di energia in uso includono startup high-tech che utilizzano l'induzione elettrica e magnetica per catturare campi elettrici relativamente intensi e alimentare sensori e dispositivi radio in luoghi remoti.
Fonte: Indagine sulle tecnologie di raccolta di energia per reti di sensori wireless
Energia ambientale:
i produttori di dispositivi IoT a bassissimo consumo energetico che desiderano funzionare senza batterie si stanno rivolgendo alle tecnologie di raccolta di energia, in parte perché non esiste un'infrastruttura per alimentare questi dispositivi.
Ma cosa succederebbe se esistesse? E se esistesse qualcosa di simile alla ricarica wireless per smartphone, come Qi, ma con una portata di metri anziché centimetri? La facile reperibilità di minuscole antenne raddrizzatrici (rectenne) ha incoraggiato alcuni a studiare la creazione di schemi di alimentazione wireless standardizzati.
Diversi schemi sono in fase di sviluppo e si basano generalmente sulla trasmissione a radiofrequenza al di sotto dei 2,4 GHz. Attualmente, i dispositivi più vicini alla commercializzazione sono le applicazioni industriali per macchinari di automazione di fabbrica, tracciamento di attrezzature di magazzino, tag di inventario senza batteria ed etichette elettroniche per scaffali, poiché questi ambienti consentono l'installazione di gateway di trasmissione di potenza RF. Immaginate il futuro della casa intelligente se tutti i router e i gateway per dispositivi intelligenti trasmettessero anche potenza RF. Il mercato potrebbe presto essere invaso da spazzolini elettrici, portachiavi, tastiere, cuffie, mouse per computer e molto altro ancora.
Guardando al futuro,
l'IoT non potrà crescere al ritmo previsto se continuerà a dipendere dalle batterie. Molti casi d'uso non sfruttano ancora appieno il suo potenziale wireless: gli esperti del settore stanno continuamente migliorando le batterie wireless per l'IoT attraverso collaborazioni, ma la fonte di alimentazione fondamentale deve essere ripensata.
Inoltre, con l'introduzione sempre maggiore di incentivi ambientali da parte di aziende e governi, l'unica strada percorribile è ripensare la batteria così come la conosciamo.
Autore: Tristan Cool, Responsabile Marketing di Prodotto – Settore Industriale, Silicon Labs
