La recolección de energía de RF encuentra un papel cada vez mayor en las aplicaciones impulsadas por IA

La creciente demanda de dispositivos inalámbricos como teléfonos móviles y computadoras muestra la importancia de las aplicaciones inalámbricas en todo el mundo. Sin embargo, estos dispositivos requieren una fuente de alimentación continua o una batería de larga duración. Para limitar el uso de baterías por cuestiones de seguridad, un sistema de recolección de energía de RF para proporcionar energía inalámbrica puede beneficiar a todo el mercado de aplicaciones, que se espera que crezca en un 22% entre 2020 y 2025.

Este crecimiento se puede atribuir a muchos factores, pero su principal impulsor es la inteligencia artificial (IA). Si bien los algoritmos de IA son sólidos ahora, requieren cada vez más datos para ser más efectivos. Y ahí es donde entra la energía inalámbrica. Se ha demostrado que la energía inalámbrica es confiable y eficiente, y puede ayudar a alimentar la IA para ayudarla a tomar mejores decisiones. En una entrevista con EE Times Europe , Charlie Goetz, CEO de Powercast, dijo que cree que IoT, ADAS y las ciudades inteligentes son algunas áreas relacionadas con la inteligencia artificial que podrían beneficiarse más de la implementación y adopción de la energía inalámbrica.

La RF está disponible y se puede encontrar muy fácilmente en cualquier lugar y en cualquier momento, independientemente del tiempo, los límites geográficos o las condiciones climáticas. Normalmente, la RF varía de 3 kHz a 300 GHz. La idea es recolectar esas fuentes de energía de RF y almacenarlas para usarlas en ciertas aplicaciones. La recolección de energía de RF ofrece beneficios significativos para muchas aplicaciones, pero requiere una cuidadosa atención a los componentes clave, incluida la antena del receptor y los circuitos de acondicionamiento de energía necesarios para este enfoque.

Energía inalámbrica

Cualquier entorno industrial que requiera información sensorial para mantenimiento preventivo y paradas críticas puede beneficiarse de la energía inalámbrica. Por ejemplo, una planta de fabricación tiene ciertas áreas de difícil acceso o peligrosas. Por esa razón, ciertos sensores (sus baterías) no se pueden cambiar. Los sensores que se cargan con energía inalámbrica permiten una mentalidad de configurar y olvidar (es decir, no es necesario cambiar las baterías), lo que permite un flujo de información ininterrumpido hacia la IA.

Los vehículos autónomos también pueden beneficiarse enormemente de la energía inalámbrica. Hoy en día, los vehículos autónomos se integran con su entorno mediante sonar, radar y reconocimiento de patrones. Para ser más seguros y confiables, los automóviles deben detectar su entorno y comunicarse con la carretera:una farola, las líneas amarillas de la carretera, etc., a través de sensores. Con sensores alimentados de forma inalámbrica, los automóviles también pueden comunicarse a través del medio ambiente sin chocar con los cables de conexión, lo que resulta en una forma más segura y confiable.

Más adelante, la habilitación de ciudades inteligentes no ocurrirá con baterías y cables, sino con inteligencia artificial y energía inalámbrica. Para que las ciudades inteligentes se comuniquen con su entorno, se deben implementar la energía y la carga inalámbricas.

Recolección de energía

La radiofrecuencia es una fuente abundante para la recolección de energía, aunque requiere la proximidad de una antena transmisora. El concepto de recolección de energía de RF no es nuevo y el proceso es relativamente simple. Las ondas de radio golpean una antena y causan una diferencia de potencial que mueve los portadores de carga a lo largo de la antena en un intento de igualar el campo. El circuito de recolección básicamente captura este movimiento. La energía se almacena temporalmente en un condensador y luego se utiliza para crear una diferencia de potencial deseada en la carga.

La tecnología de carga de RF emplea varias tecnologías (Qi, PMA / AirFuel Alliance, WPC, etc.), cada una con varios métodos de carga y distancias de carga máximas. Nuestros enrutadores, así como los teléfonos móviles, crean regiones del espacio con energías potenciales que varían con el tiempo y / o la distancia. Y dondequiera que exista una diferencia de potencial, siempre hay una forma de obtener electricidad.

Los transmisores de RF para comunicaciones suelen estar limitados en la cantidad de energía que pueden irradiar. Además, para una fuente de radio determinada, la potencia en la antena receptora disminuye con la distancia, como predice la ecuación de transmisión de Friis:

donde

P _T =potencia transmitida
P _R =potencia recibida
G _T =ganancia de la antena del transmisor
G _R =ganancia de la antena del receptor
λ =longitud de onda
d =distancia entre el transmisor y el receptor

El diseño de la antena receptora juega un papel fundamental para maximizar la eficiencia de la recolección de energía. Las antenas receptoras pueden grabarse en placas de circuito impreso o estar disponibles como componentes de bobina receptora diseñados específicamente para la tarea (figura 1).

Figura 1:Antena de parche de Powercast (900 MHz) incluida en el kit de evaluación P2110.

Tecnología Powercast

A principios de 2021, Powercast anunció que había sido nombrado ganador de los BIG Innovation Awards 2021 presentados por Business Intelligence Group por su nuevo sistema de escaneo de temperatura RFID con alimentación inalámbrica, que permite a las empresas monitorear de manera fácil y segura las temperaturas de los empleados en apoyo de Covid- 19 protocolos de seguimiento.

El sistema de escaneo de temperatura consta de un sensor de temperatura, un lector de RFID y un monitor de TV. Mediante el uso de tecnología inalámbrica, el dispositivo se carga rápidamente cuando se coloca cerca de un lector de RFID en la entrada de la empresa mediante la tecnología patentada de recolección de energía Powercast. Los empleados se escanean la frente con la varilla para leer su temperatura y se les permite o se les niega la entrada según la lectura, que aparece automáticamente en el monitor.

“El diseño de la antena es muy importante, nos sirve para sintonizarnos a una determinada frecuencia que en nuestro caso es de 915 Mhz. Cuando se trata de RF, se trata de cantidades muy pequeñas de potencia al final, incluso a un rango relativamente cercano. Estás lidiando con 10 o tal vez bajos cientos de milivatios. Por lo tanto, la gestión de la energía detrás de esa recolección y conversión debe ser extremadamente importante. La gestión de antenas y energía debe trabajar en armonía para obtener la experiencia de usuario adecuada y ofrecer soluciones reales ”, dijo Goetz.

Figura 2:Kit de evaluación P2110-EVAL-02

La antena receptora tiene una impedancia de 50 ohmios, que debe coincidir con la impedancia de entrada del resto del dispositivo. El voltaje recolectado en las cercanías de la antena debe llevarse a un voltaje en el que se pueda convertir a CC. Esto se puede hacer usando una bomba de carga, que aumenta el voltaje pero obviamente no puede aumentar la potencia total. Powercast ofrece un kit de evaluación para ayudar a las empresas a explorar las posibilidades de esta tecnología. El P2110-EVAL-02 incluye un receptor y transmisor de RF, una antena y una placa de carga para recolectar la potencia emitida (figura 2).

Junto con su creciente disponibilidad, la recolección de energía de RF no solo beneficia los requisitos de cableado, sino que también ofrece un sistema que está protegido de las condiciones ambientales y los materiales peligrosos. Para las redes de malla, los ingenieros pueden combinar la recolección de energía de RF con comunicaciones sofisticadas de dispositivo a dispositivo para una variedad de aplicaciones.

>> Este artículo se publicó originalmente el nuestro sitio hermano, EE Times Europe.