Самопитание сенсоров: устранение барьера батарей для повсеместного IoT

27 сентября 2021 г.

Почему самопитание сенсоров — гейм-чейнджер

Оснащение объектов вычислительными устройствами для передачи данных в интернет годами обещало революционизировать бизнес и жизнь. И хотя IoT явно влияет на личную жизнь — смартфоны, умные термостаты, фитнес-трекеры, даже бутылки воды, следящие за питьем — он медленнее достиг повсеместности, чем предсказывали эксперты, и гораздо медленнее захватил промышленный бизнес.

Проблема триллиона батарей

В 2012 г. IBM предсказала 1 трлн коннектед устройств к 2015 г. Мир не приблизился к этому. Одним из следствий прогноза — объем: триллион батарей для триллиона IoT-сенсоров. Срок службы батареи был фокусом инноваций. Работа на 2017 Kyoto Symposium on VLSI Circuits описала новые методы продления жизни батарей IoT.

Предположим, индустрия достигнет цели 10-летней жизни средней IoT-батареи. Сколько батарей нужно заменять ежедневно в мире с триллионом устройств? Ответ: 273 972 603. Хуже: если всего 2 года жизни — каждый из 7,4 млрд людей меняет батарею каждые 5 дней.

Мы не можем заменять более 1 млрд батарей каждый день. Даже в лучшем случае, питание 1 трлн IoT-устройств требует замены 274 млн батарей ежедневно. Предполагая, что все доживут до 10 лет. Очевидно, это нереалистичный план.

Можем ли мы заменить первые 137 млн батарей до обеда?

Переведем в реальные термины для вашего бизнеса.

Представьте: вы развернули 10 000 промышленных IoT-устройств по объектам — сенсоры для real-time данных о здоровье/производительности машин, температуре/качестве воздуха, утечках токсинов, статусе паровой системы, HVAC, другой критичной инфраструктуре.

При оптимистичных 5 годах средней жизни 10 000 батарей ваша команда меняет ~2000 батарей в год, ~5 в день (проблема бытовых датчиков дыма, но на стероидах). Зависит от типа устройств, замена батареи может стоить от нескольких долларов до сотен. Еще более тревожно: стоимость доступа к удаленному сенсору для замены батареи часто значительно выше стоимости самой батареи.

Все это объясняет, почему, по 2017 отчету, цитируемому Institution of Mechanical Engineers, «Батареи должны быть устранены, чтобы IoT расцвел». Это базовая проблема — индустрия фокусируется на сроке службы батарей вместо устранения зависимости от них полностью.

5 причин, почему батареи ограничивают costeffective IIoT-деплойменты

Батарейные сенсоры требуют ручного обслуживания
Самое очевидное: все батареи в итоге нужно менять. Стоимость доступа и замены мертвых батарей — ручным трудом — часто гораздо больше в ресурсах и человеко-часах, чем стоимость новой батареи. Потребность в частом ручном усилие сразу убивает 핵심 ценность коннектед сенсоров.

Конечный срок жизни ведет к пробелам в миссионно-критических данных
Неизбежность мертвой батареи имеет последствия за пределами маргинальных трудозатрат и капитала. Если команда, контролирующая IoT-сенсоры завода, не обнаружит мертвую батарею сразу и не успеет заменить — завод навсегда потеряет данные, которые сенсор собирал и передавал. Хуже: батареи быстро садятся в беспроводных сенсорных сетях даже при тщательном управлении.

Поскольку некоторые сенсоры заводов записывают и стримят данные, критичные для безопасности и комплаенса, умирающие батареи создают значительные риски для бизнеса.

Для экономии заряда сенсоры часто настроены передавать данные реже
Идеально: IoT-устройство на заводе — сенсор у химических операций для непрерывного мониторинга атмосферы на токсичные утечки — должно передавать данные очень часто. Обновления несколько раз в минуту идеальны.

Но каждая передача потребляет энергию. Чтобы продлить жизнь батареи, многие IoT-сенсоры настроены передавать данные гораздо реже идеального — иногда раз в 24 часа.

Это дает операторам неточную картину данных сенсора.

Физические размеры могут ограничивать функциональность сенсора
Батареи часто крупнейшая часть IoT-сенсорной системы, ограничивая выбор батарей для сенсоров. Размер, вес, габариты батареи ограничивают полезность сенсора: физические характеристики батареи режут типы приложений, другие компоненты на борде, места деплоя (встроенные локации недоступны из-за нужды в замене батарей).

Возможные риски безопасности и экологический вред
US National Institutes of Health (NIH) сообщает: литиевые батареи, популярные в IoT-сенсорах, «могут существенно способствовать экологическому загрязнению и негативному воздействию на здоровье людей из-за потенциально токсичных материалов».

Продолжение деплоя батарейных IoT-устройств по миру — особенно если миллиардами или десятками миллиардов — особенно тревожно.

Бесбатарейное решение
Решение для IIoT революции: end-to-end система, объединяющая все компоненты для полноценного повсеместного сенсирования — на базе беспроводных IoT-сенсоров, полностью самопитющихся.

Новые запатентованные полупроводниковые и беспроводные сетевые технологии позволяют устройствам работать от низких уровней окружающей собранной энергии, генерируя достаточно мощности для ультра-низкопотребляющих операций бесконечно. Сенсоры работают непрерывно и никогда не нуждаются в батарее.

Энергия собирается из нескольких источников — низкий indoor/outdoor солнечный, термоэлектрический эффект (захват энергии от градиента температуры), вибрация пьезоэлектрических материалов (кристаллы, керамика), даже радиоволны в среде. В отличие от других «low-power» но single-purpose компонентов, использующих energy harvesting, новые полные сенсорные устройства не только собирают массив данных множественными сенсорами, но и обрабатывают, анализируют и передают их беспроводно — всё в том же бесбатарейном энергобюджете.

Думайте о самопитании системах как «forever sensors» — их можно деплоить без заботы об инспекциях на обслуживание или проверку уровня батареи.

Проблема батарей затормозила внедрение IIoT и лишила промышленные фирмы значительных выгод — повсеместных сенсирующих возможностей, генерирующих actionable intelligence, ранее недоступный. Решение — интегрированная full-stack pervasive-sensing платформа, где вся среда — физический сенсор, захват/обработка данных, беспроводная связь, аналитика и отчетность — спроектирована как истинная экосистема. Эти инновации наконец помогут бизнесу реализовать триллионы долларов ценности, обещанные IIoT.

Рафаэль Рейес сейчас директор по продуктовому маркетингу в Everactive, tech-компании, объединяющей бесбатарейные беспроводные сенсоры и облачную аналитику для end-to-end IIoT решений, где он ведет customer-centric go-to-market стратегии для новых продуктов и промо-стратегии существующих.
Рафаэль имеет 10+ лет опыта в продуктовом маркетинге и разработке; 5 лет в стратегическом планировании и 5 лет в управлении бизнес-юнитами, все в B2C и B2B энтерпрайзе.