Superar el obstáculo de la batería para la detección ubicua - Finalmente

Por qué los sensores autoalimentados cambian las reglas del juego

Equipar objetos con dispositivos informáticos que les permitan transmitir datos a través de Internet ha prometido durante años revolucionar la forma en que operan las empresas y viven las personas. Y aunque Internet de las cosas (IoT) claramente está afectando nuestras vidas personales, a través de teléfonos inteligentes, termostatos conectados, rastreadores de actividad física portátiles e incluso botellas de agua que monitorean nuestros hábitos de bebida, ha sido más lento para alcanzar la ubicuidad de lo que predijeron los expertos, y mucho más lento de lo esperado para afianzarse entre las empresas industriales.

El problema del billón de baterías

En 2012, IBM predijo 1 billón de dispositivos conectados para 2015 . El mundo no se acercó a ese número. Una de las implicaciones del pronóstico de billones de dispositivos de IBM es el volumen, es decir, un billón de baterías necesarias para mantener esos billones de sensores de IoT recopilando, analizando y enviando datos. La duración de la batería ha sido el foco de la mayoría de las innovaciones hasta la fecha. Un documento presentado en el Simposio de Kioto de 2017 sobre circuitos VLSI describió los nuevos métodos en los que está trabajando la industria para extender la vida útil de la batería para los dispositivos IoT.

Supongamos que la industria finalmente logra su objetivo de una vida útil de 10 años para la batería de IoT promedio. ¿Cuántas baterías deberían reemplazarse todos los días en un mundo de billones de dispositivos? La respuesta:273,972,603. Peor aún, si la industria no alcanza ese objetivo y solo ofrece una vida útil de la batería de dos años, eso significa que todas las personas del planeta (los 7.400 millones) están cambiando una batería cada cinco días.

No podemos reemplazar más de mil millones de baterías todos los días. Incluso en el mejor de los casos, alimentar 1 billón de dispositivos IoT requeriría reemplazar 274 millones de baterías todos los días. Y eso suponiendo que todas esas baterías alcancen su esperanza de vida completa de 10 años. Claramente, este no es un plan factible.

¿Podemos reemplazar los primeros 137 millones de baterías antes del almuerzo?

Pongamos esto en términos del mundo real que reflejen cómo podría aprovechar la IoT en su propio negocio.

Imagine que implementara 10,000 dispositivos de IoT industrial en sus instalaciones:sensores ubicados estratégicamente para transmitir datos en tiempo real sobre la salud y el rendimiento de sus máquinas y equipos, para monitorear la temperatura y la calidad del aire en varios sectores, para verificar las toxinas que podrían haber filtrado, para transmitir el estado de su sistema de vapor, sistemas HVAC y otra infraestructura vital.

Suponiendo una noción optimista de una vida promedio de 5 años en esas 10,000 baterías, su equipo reemplazaría aproximadamente 2,000 baterías cada año, o alrededor de 5 cada día (piense en el problema del detector de humo doméstico, pero con esteroides). Dependiendo de los tipos de dispositivos de los que estemos hablando, las baterías en sí mismas podrían costar desde unos pocos dólares hasta varios cientos de dólares cada una para reemplazar. Quizás aún más preocupante es que el costo de acceder a un sensor remoto para cambiar una batería es a menudo mucho más alto que el costo de la batería en sí.

Todo esto ayuda a explicar por qué, según un informe de 2017 citado por la Institución de Ingenieros Mecánicos, “ Deben eliminarse las baterías para que prospere Internet de las cosas . " Este es el problema más básico:la industria se centra en la duración de la batería en lugar de eliminar la dependencia de las baterías por completo.

Cinco razones por las que las baterías restringen las implementaciones rentables de IIoT

Los sensores que funcionan con baterías requieren mantenimiento manual
El problema más obvio es que eventualmente todas las baterías deben ser reemplazadas. Como señalamos anteriormente, el costo de acceder a las baterías agotadas y reemplazarlas, debido a que estos procesos aún deben realizarse manualmente, es a menudo mucho mayor en recursos y horas de trabajo que el costo de la batería nueva en sí. Esta necesidad de un esfuerzo manual frecuente anula inmediatamente el valor fundamental de los sensores conectados.

La esperanza de vida limitada puede generar brechas en los datos de misión crítica
La inevitabilidad de una batería muerta puede tener consecuencias más allá de la mano de obra marginal y los recursos de capital necesarios para inspeccionar y reemplazar las baterías. A menos que el equipo que supervisa los sensores de IoT de una planta descubra una batería descargada de inmediato y pueda salir rápidamente al sensor y reemplazarlo, la planta perderá permanentemente los datos que el sensor habría estado recopilando y transmitiendo en el ínterin. Para empeorar las cosas, las baterías se gastan rápidamente en las redes de sensores inalámbricos, incluso cuando se administran con cuidado.

Debido a que algunos de los sensores de una planta industrial registran y transmiten datos que son fundamentales para la seguridad y el cumplimiento, las baterías agotadas pueden crear peligros importantes para la empresa.

Para conservar la vida útil de la batería, los sensores a menudo se configuran para transmitir datos con menos frecuencia
Idealmente, un dispositivo de IoT en una planta industrial, por ejemplo, un sensor ubicado cerca de las operaciones químicas de la instalación para monitorear continuamente la atmósfera en busca de fugas tóxicas, debería transmitir sus datos con mucha frecuencia. Las actualizaciones varias veces por minuto son ideales.

Pero cada transmisión de datos consume energía. Por lo tanto, para extender la vida útil de la batería, muchos sensores de IoT están configurados para transmitir datos con mucha menos frecuencia de lo que sería ideal, a veces con tan poca frecuencia como una vez cada 24 horas.

Esto puede dar a los operadores de una planta una imagen inexacta de los datos que está capturando un sensor.

Las dimensiones físicas pueden limitar la funcionalidad del sensor
Las baterías suelen ser la parte más grande de un sistema de sensores de IoT, lo que deja a los ingenieros opciones limitadas sobre qué baterías agregar a sus sensores. Además, el tamaño, el peso y las dimensiones de la batería a menudo limitan la utilidad del sensor. Esto se debe a que las características físicas de la batería pueden restringir tanto los tipos de aplicaciones que puede realizar un sensor como con qué otros componentes puede coexistir la batería en la placa del sensor, así como dónde se puede implementar (con ubicaciones integradas fuera de los límites debido a necesidades cambios de batería).

Posibles riesgos de seguridad y daño ambiental
Informes de los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU. (NIH) que las baterías de litio que se usan comúnmente en los sensores de IoT "pueden contribuir sustancialmente a la contaminación ambiental y los impactos adversos para la salud humana, debido a materiales potencialmente tóxicos".

El despliegue continuo de dispositivos IoT que funcionan con baterías en todo el mundo, especialmente si estos dispositivos se despliegan por miles de millones o decenas de miles de millones como se predijo, es especialmente preocupante.

La solución sin batería
La solución para la revolución de IoT industrial:un sistema de extremo a extremo que reúne todos los componentes necesarios para una solución de detección ubicua y completamente desarrollada, construida alrededor de sensores de IoT inalámbricos que son completamente autoalimentados.

La nueva tecnología patentada de redes inalámbricas y semiconductores centrales permite que los dispositivos operen con niveles bajos de energía recolectada en el ambiente, generando suficiente energía para permitir sus operaciones de energía ultrabaja de manera indefinida. Los sensores funcionan de forma continua y nunca necesitarán una batería.

La energía se obtiene de varias fuentes, incluida la energía solar interior de bajo nivel, la energía solar exterior, el efecto termoeléctrico (que captura la energía ambiental generada a partir del gradiente de temperatura), así como a través de la vibración de materiales piezoeléctricos (como ciertos cristales y cerámicas) e incluso de ondas de radio que viajan por el medio ambiente. A diferencia de otros componentes electrónicos de "baja potencia" pero de un solo propósito que utilizan la recolección de energía, los nuevos dispositivos sensores completos no solo pueden recopilar una serie de datos utilizando múltiples sensores, sino también procesar, analizar y transmitir esos datos de forma inalámbrica, todo en el misma batería menos presupuesto de energía.

Piense en los sistemas autoamplificados como "sensores permanentes", porque se pueden implementar sin preocuparse por inspeccionarlos físicamente para su mantenimiento o una verificación del nivel de la batería.

El problema de la batería ha obstaculizado la adopción de la Internet industrial de las cosas (IIoT) y ha privado a las empresas industriales de beneficios significativos, como capacidades de detección generalizadas que pueden generar inteligencia procesable nunca antes accesible. La solución es una plataforma de detección generalizada de pila completa integrada en la que todo el entorno (sensor físico, funcionalidad de captura y procesamiento de datos, comunicación inalámbrica, plataforma de software de análisis y generación de informes) está diseñado para funcionar como un verdadero ecosistema. Estas innovaciones pueden finalmente ayudar a las empresas a obtener el valor de billones de dólares prometido por el IIoT.

Rafael Reyes Actualmente es el director de marketing de productos en Everactive, una empresa de tecnología que combina sensores inalámbricos sin batería y análisis en la nube para ofrecer soluciones de IoT industrial de extremo a extremo, donde impulsa estrategias de comercialización centradas en el cliente para nuevos productos y la estrategia promocional. para productos existentes.
Rafael tiene más de 10 años de experiencia en marketing y desarrollo de productos; combinado con 5 años de experiencia en Planificación Estratégica y 5 años de experiencia en la gestión de unidades de negocio, todo dentro de las empresas B2C y B2B.