Na realidade, o número é muito inferior, e a maioria das estimativas (incluindo as da IoT Analytics e da Statista) aponta para um total de cerca de 12 a 13 mil milhões.
Fatores que afetam a adoção da IoT.
Existem várias razões que explicam a evolução mais lenta da tecnologia IoT em relação à implementação de nós. Alguns dos mais notáveis são:
1. Cada nó IoT requer normalmente um número considerável de componentes, o que pode ser problemático quando o espaço é limitado. Os nós devem ser o mais pequenos possível sem afetar o seu desempenho, funcionalidade ou vida útil.
2.De seguida, surge o investimento de capital (CAPEX). Embora o custo dos materiais para um único nó IoT possa não parecer muito elevado, pode tornar-se uma preocupação quando se implementam redes compostas por um grande número de nós. Por isso, os projetos devem ser o mais otimizados possível; idealmente, devem ser constituídos por poucos dispositivos.
3.º Além do CAPEX, devem também ser consideradas as despesas operacionais (OPEX). Depois de instalados os nós que compõem uma rede IoT, podem existir custos operacionais consideráveis se forem necessários técnicos para realizar qualquer tipo de manutenção.
4.º A geração de lixo eletrónico também foi identificada como uma grande preocupação, e a existência de dezenas de milhares de milhões de nós IoT instalados em todo o mundo pode ter um impacto substancial. Devem ser tomadas medidas para combater a acumulação de resíduos relacionados com os nós IoT ao longo do tempo.
Criação de um novo paradigma energético:
a alimentação de nós IoT afeta todos os quatro fatores mencionados. Uma quantidade significativa de espaço deve ser alocada na placa de circuito para acomodar as suas células de bateria de iões de lítio. Além disso, estas baterias têm os seus respetivos custos de capital (CAPEX) e operacionais (OPEX); especificamente, a quota de OPEX é geralmente a maior. Dependendo da aplicação, do número de vezes que um sensor adquire dados por dia e da frequência com que o transceptor sem fios comunica com o seu hub atribuído, a autonomia de uma bateria IoT é tipicamente de 18 meses a 2 anos. No entanto, os próprios nós podem continuar a operar durante 10 ou possivelmente 15 anos. Isto significa que, após a instalação dos nós IoT, as baterias terão de ser substituídas várias vezes durante a sua vida útil.
Uma vez que as redes podem ser compostas por milhares de nós, o esforço logístico envolvido na substituição das baterias será enorme e exigirá pessoal dedicado a tempo inteiro. Nestas circunstâncias, as preocupações com os custos operacionais (OPEX) terão um impacto negativo na implementação da IoT. Além disso, em caso de cargas de trabalho elevadas, as baterias esgotar-se-ão rapidamente, pelo que os investimentos de capital (CAPEX) poderão ser ainda superiores aos custos operacionais. Por fim, se não forem descartadas corretamente, as substâncias contidas nestas baterias acabarão no solo ou na água, prejudicando os animais e as plantas.
Como tornar a IoT mais sustentável:
as instalações de IoT alimentadas por baterias apresentarão desvantagens significativas devido aos custos e à sensibilidade dos ecossistemas afetados aos poluentes. Assim sendo, o aproveitamento energético é considerado um melhor ponto de partida para a construção de redes IoT, uma vez que a energia é extraída do ambiente.
Uma estratégia baseada na recolha de energia para alimentar nós IoT elimina a necessidade de baterias, reduzindo assim os custos de capital (CAPEX) e operacionais (OPEX) associados à sua compra e substituição. Isto também significa uma geração significativamente menor de lixo eletrónico proveniente das atividades de IoT. No entanto, alguns problemas precisam de ser resolvidos para que esta abordagem se mostre totalmente eficaz.
Desafios da Tecnologia de Recolha de Energia
: Para que a aquisição de energia de fontes sustentáveis no ambiente de nós IoT se torne generalizada, são necessárias melhorias no próprio hardware. Especificamente, são necessários avanços nos circuitos integrados de gestão de energia (PMICs), uma vez que estes dispositivos gerem todo o processo de recolha de energia. Determinam quanta eletricidade deve ser fornecida aos nós IoT para executar as suas funções a qualquer momento e quanta deve ser armazenada para utilização posterior. Certas características tornam atualmente os PMICs longe do ideal num contexto de IoT. Os dois principais motivos são a falta de eficiência de conversão adequada e a necessidade de incorporar inúmeros componentes passivos.
Acima de tudo, os módulos sem fios que podem ser instalados em nós IoT são frequentemente muito volumosos, têm um elevado consumo de energia e são muito caros, o que os torna impraticáveis. Existem também desvantagens relacionadas com os módulos SIM (identidade do assinante) necessários para a IoT celular. Os SIM tradicionais ocupam muito espaço e consomem uma grande quantidade de recursos limitados da bateria. Apresentam também problemas ambientais, uma vez que os suportes para cartões SIM, do tamanho de um cartão de crédito, são outra fonte de lixo eletrónico quando são descartados. Portanto, outras opções para armazenar informações do SIM estão a ser avaliadas.
Procurando uma resposta para o dilema da IoT:
Graças aos esforços conjuntos das equipas de engenharia da Murata, Deutsche Telekom e Nowi, foi desenvolvida uma plataforma que irá transformar o desenvolvimento de nós IoT. Esta plataforma facilitará o desenvolvimento de nós autónomos com baixo consumo de energia, que não consumirão muita eletricidade, uma vez que se adaptarão ao desempenho. Além disso, a lista de materiais não será excessivamente cara, nem tão grande que imponha restrições sobre o local onde pode ser implementada.
A plataforma ACDS (Autonomous Cellular LPWA Development Solution), anteriormente conhecida como plataforma ACDS para Autonomous NB-IoT Development Solution, é constituída por três elementos principais. Em primeiro lugar, existe um pequeno módulo celular IoT de modo duplo da Murata, capaz de atingir velocidades de transmissão de downlink de 26,15 kbps (para NB-IoT) e 1 Mbps (para Cat.M1), mantendo elevados níveis de eficiência energética. Incorpora também as funções eDRX (recepção descontínua alargada) e PSM (modo de poupança de energia), que minimizam o consumo de energia.
Em conjunto com esta, está a tecnologia nuSIM, fornecida pela Deutsche Telekom, que reduz a área ocupada na placa de circuito e evita a geração de resíduos plásticos, integrando a informação do assinante diretamente no módulo sem fios. Além de poupar espaço e reduzir o impacto ambiental, os nuSIM são cerca de 35% mais rápidos na ligação à rede do que os SIM convencionais, exigindo, por isso, menos energia. Não há necessidade de detetar continuamente a presença do SIM, o que reduz ainda mais o consumo de energia.
A peça final deste puzzle é o PMIC Nowi NH2, otimizado para instalações IoT que dependem da captação de energia em vez de baterias. Este dispositivo gere a transferência de energia para a plataforma ACDS a partir da sua fonte de energia renovável (um pequeno painel fotovoltaico). O limite para a geração de energia é muito baixo (apenas 10 µW), o que significa que a energia pode ser captada a partir de níveis de luz relativamente baixos. Graças a um tempo de estabilização do ponto de potência máxima (MPPT) de, no máximo, 1 segundo, o PMIC NH2 atinge uma impressionante eficiência média de conversão de energia de 80%. Por utilizar conversão capacitiva, requer significativamente menos componentes passivos do que outros PMICs de captação de energia, resultando numa menor área de ocupação e permitindo nós mais pequenos.
Capacidade de Autonomia Energética:
Com apenas 3000 lux (o nível de iluminação num dia relativamente nublado) a incidir sobre o painel solar ACDS durante 6 horas, será gerada uma corrente de carga média de 1,1 mA, suficiente para realizar até 60 transmissões NB-IoT por dia. Os nós IoT desenvolvidos com recurso à plataforma ACDS oferecerão, portanto, uma capacidade mais do que adequada para a grande maioria das aplicações planeadas.
Conclusão:
O OPEX, o CAPEX e o impacto ambiental das instalações IoT simplesmente não podem ser ignorados. Além disso, se não forem tratados adequadamente, a situação tornar-se-á ainda mais complexa à medida que o tamanho das redes aumenta. A abordagem descrita neste artigo, na qual os nós IoT são desenvolvidos de tal forma que não são limitados pela incorporação de uma bateria, mas antes dependem da recolha de energia, juntamente com o hardware e a conveniência da integração SIM, oferece muitas vantagens. Permite a otimização das listas de materiais, reduz o custo total de propriedade da rede e melhora significativamente a sustentabilidade em termos de resíduos eletrónicos. Espera-se também que facilite a implementação de redes IoT em ambientes mais amplos e ajude a garantir o investimento necessário e viável para mais empresas, concessionárias de serviços públicos, governos municipais e muitas outras organizações.
Shohei Kawanaka, Gestor de Produto para a Europa, Módulo de Conectividade, Murata
