Sensores sin batería impulsados por energy harvesting impulsan la próxima revolución IoT

La adopción del Internet de las Cosas (IoT) ha aumentado globalmente, yet su rápida expansión introduce retos complejos para ingenieros y responsables políticos. Las previsiones indican que para 2025 la red IoT global podría albergar más de 75.000 millones de dispositivos conectados, cifra que subraya la urgencia de preparar soluciones robustas y escalables.

Expertos de la industria predicen un futuro donde millones de gadgets electrónicos compartan una tela de comunicación unificada —típicamente un enlace inalámbrico a servicios cloud. Para soportar las demandas explosivas de datos de este ecosistema, tecnologías de sensores innovadoras son esenciales.

"Creo que los próximos retos para IoT se centrarán en identificar qué dispositivos formarán parte del IoT. Solo porque sea técnicamente posible diseñar un dispositivo inteligente no significa necesariamente que haya valor en tener cada dispositivo conectado al IoT," dice Greg Rice, Technical Marketing Manager en ON Semiconductor.

Los sensores conectados serán clave en automoción, automatización industrial, hogares inteligentes, electrónica de consumo, agricultura y salud móvil. Con tráfico diario proyectado de 125 exabytes para 2025, gestionar eficientemente este diluvio de datos será un obstáculo crítico.

Rice enfatiza que enviar cada byte generado en el edge a la cloud puede congestar la infraestructura de red. "Podría ser más eficiente realizar algún análisis y agregación básica de datos en el edge del IoT, en lugar de enviar todo a través de la cloud al núcleo de la red", señala.

El energy harvesting es clave para sostener el crecimiento exponencial del IoT. Los obstáculos principales son la eficiencia de recolección y la fiabilidad del dispositivo. Los dispositivos alimentados por recolección a menudo operan con presupuestos de potencia minúsculos, forzando a diseñadores a equilibrar rendimiento contra consumo.

Otro reto reside en la fuente de energía misma. Unidades solares prosperan de día pero fallan de noche, mientras que dispositivos con recolección RF requieren un campo electromagnético lo suficientemente fuerte. Escalar campos RF para soportar recolección generalizada también plantea consideraciones importantes de riesgo sanitario que deben evaluarse rigurosamente.

ON Semiconductor ha introducido una suite de sensores inalámbricos sin batería de vanguardia —la familia Smart Passive Sensors™ (SPS)— que monitorizan temperatura, presión, humedad y proximidad en el edge de la red. Estos sensores son ideales para despliegues remotos o extensos donde el reemplazo de batería es impracticable.

Los sensores SPS son tags RFID sin batería ni microprocesador que usan el protocolo estándar UHF Gen 2 para comunicación. Cuando son interrogados por un lector RF, el tag recolecta energía de la señal, permitiendo lecturas rápidas y precisas sin fuente de energía dedicada.

Figura 1: Bloque funcional sensor SPS

Rice explica: "Esta red de sensores está diseñada para funcionar usando recolección de energía RF. Un hub sensor central transmite potencia RF a través de una antena conectada, y los nodos sensor individuales son inalámbricos y sin batería, operando al convertir el campo RF circundante en energía eléctrica."

Como se muestra en la Figura 2, cada hub sensor integra un módulo lector —manejo de comunicación específica de protocolo y exposición de datos raw (EPC, Temp, RSSI, Code, etc.)— y un módulo de procesamiento que agrega y formatea los datos para análisis posterior. El hub soporta Wi‑Fi, Ethernet, Bluetooth y otros protocolos para reenviar datos de sensores a la cloud.

Figura 2: Diagrama de bloques del hub sensor

La arquitectura general se muestra en la Figura 3: el hub recopila datos de múltiples sensores y se comunica con otros dispositivos vía la cloud, habilitando nuevas aplicaciones IoT.

Figura 3: Arquitectura IoT de sensores

En el corazón del bloque de sensado está el Sensor IC Magnus‑S2© de RF Micron, un chip RFID UHF alimentado por recolección de energía RF del lector UHF. El Magnus‑S2 incorpora un motor Chameleon de auto‑ajuste patentado que optimiza el front‑end RF en condiciones ambientales variables. Opera en bandas UHF definidas por FCC y ETSI, entregando una solución compacta sin batería que encaja fácilmente en aplicaciones con espacio limitado.

La familia SPS incluye:

• Sensores de temperatura para sensado pasivo en superficies metálicas, no metálicas y cerámicas —ideales para mantenimiento predictivo en data centers y entornos industriales.
• Sensores de humedad para detección pasiva en plásticos, madera, cerámica, suelo y yeso —útiles para detección de fugas y control de calidad.
• Sensores de nivel de fluido que detectan pasivamente fluido a través de superficies plásticas delgadas.

Con el número de dispositivos conectados en continuo aumento, el éxito del IoT depende del rendimiento y capacidades de los sensores. Sensores inalámbricos sin batería que se integran perfectamente con analíticas cloud permiten monitorización más inteligente en data centers, mantenimiento industrial, construcción, distribución de energía, logística de cadena de frío, agricultura digital y salud.

>> Este artículo se publicó originalmente en nuestro sitio hermano, Power Electronics News.