Prihodnost je v tehnologiji, ki se napaja iz ...

Internet stvari ali medomrežje stvari oziroma po angleško Internet of Things (IoT) je enolično prepoznavanje vseh fizičnih predmetov in njihova navidezna predstavitev na medmrežju (ali medmrežju podobni strukturi). Gre za povezovanje ogromne količine naprav, ki imajo vgrajene tipala, ki bolj ali manj samostojno komunicirajo med seboj in z najrazličnejšimi aplikacijami. IoT je v zadnjem času v velikem porastu, saj naj bi bilo v bližnji prihodnosti povezanih 200 milijard naprav, s tem pa je vse večja tudi potreba po sredstvih, ki naj bi napajala vso to povezano tehnologijo.

Kaj pa naj bi sploh napajalo vso to povezano elektronsko tehnologijo?

To je vprašanje, s katerim se že več let ukvarjajo pri Towards Zero-Power Electronics, iniciativi v združenju Fraunhofer, največji evropski instituciji za uporabne raziskave. »Spremeniti se mora način, kako se ukvarjamo z uživanjem moči električnega napajanja v internetu stvari,« je pred nedavnim v intervjuju povedal Erik Jung, raziskovalec na inštitutu Fraunhofer v Berlinu.

Kot je povedal, izraz 'ničelna moč' oziroma 'ničelni tok' ponazarja smer, v kateri potekajo njegove raziskave, čeprav je končni cilj še zelo daleč. Pravzaprav gre za osredotočanje na elektroniko, ki porabi čim manj, da bi tako izboljšali sliko energetske učinkovitosti. »Kadar koli mora vaša elektronska naprava oziroma pripomoček prežvečiti določene podatke ali jih nekam poslati, za to porabi določeno količino energije. Temu ne moremo ubežati, lahko pa si prizadevamo, da se pri tem porabi kar najmanj energije,« je povedal Jung.

Kako skladiščiti energijo, ki jo proizvaja okolica?

Ameriška nacionalna znanstvena fundacija (US National Science Foundation) je pred nedavnim razkrila, da bo internet stvari do leta 2020 sestavljen iz trilijona senzorjev. Za nekatere od teh senzorjev, ki so povezani na naprave z lastnim virom energije, napajanje ne bo težava, je poročal The Financial Times. V primerih, ko bodo uporabljeni brezžični senzorji, pa sta vprašanji tako zmogljivosti baterije kot tudi stroškov vzdrževanja.

Del raziskav v inštitutu Fraunhofer se zato osredotoča na razvoj tehnologij, ki bodo tehnologijo 'zbudile' šele takrat, ko bo morala izpolniti kak ukaz ali nalogo. Ko bodo te 'budilke' uporabljene v aplikacijah, ki so opremljene s senzorji, bo sistem trikrat bolj učinkovit. Še ena zadeva, s katero se ukvarjajo strokovnjaki, je razvoj baterij na čipu. Z uporabo nanotehnologije izdelujejo majhne vdolbine na polprevodnikih ali mikrokontrolerjih, ki lahko koristijo elektrolit ali električni kondenzator za napajanje te komponente.

Tretje področje raziskovanja na inštitutu Fraunhofer pa tudi v številnih drugih raziskovalnih ustanovah je skladiščenje energije, pridobljene iz okolice, medtem ko so elementi, ki jo generirajo, vgrajeni v elektronske sisteme. To lahko vključuje sončne celice, piezoelektrične elemente (piezoelektričnost se nanaša na interno polarizacijo dielektričnih materialov za majhne spremembe v obremenitvi in obratno) in termoelektrične elemente, da bi sončno energijo, vibracije in toploto lahko pretvorili v napajanje.

Raziskovalci pravijo, da bi tovrstno skladiščenje energije lahko podaljšalo življenje baterij ali celo odpravilo potrebo po baterijah. Težava pa je v tem, da količina energije, ki jo pridobimo iz okolja, močno variira: če temperature ozračja padejo ali se sonce skrije za oblake, sistemi IoT ne morejo zbrati in prenesti dovolj podatkov.

Predstavili mobilni telefon brez baterije

Opisane sisteme bi kmalu lahko uveljavili tudi pri vsakodnevni uporabi električnih aparatov. V Veliki Britaniji je Dayson Technologies denimo že razvil Freevolt, sistem, ki zbira energijo (radiofrekvenčnost – RF), ki jo ustvarjajo mobilni telefoni in Wi-Fi- prenosi. Pri Draysonu so to tehnologijo najprej uporabili za spremljanje ravni onesnaževanja preko tehnologije Cleanspace, zdaj pa jo želijo vgraditi v kreditne kartice. »Pametne kartice postajajo vse bolj varne, a kot pri številnih drugih tehnologijah tudi tukaj potrebujemo še več energije, da bi ta plačilna sredstva dosegla raven varnosti in zasebnosti, ki jo potrebuje trg,« je povedal ustanovitelj družbe Lord Drayson, sicer tudi nekdanji minister laburistične vlade za znanost.

Kreditna kartica, opremljena s tehnologijo Freevolt, 'lovi' RF-energijo, ko se jo približa čitalniku kartic ali pametnemu telefonu, ta energija pa se potem uporabi za zagon vsem varnostnih funkcij. Na podlagi te inovacije so znanstveniki z univerze v Washingtonu že lahko demonstrirali telefon brez baterije, ki deluje tako, da zbira energijo prek radijskih signalov ali svetlobe. »Če želimo doseči, da se bo v prihodnje uporabljal samo del energije, ki se jo porabi danes, moramo resno razmisliti o tem, kako so telefoni in vsa ostala tehnologija sploh zasnovani,« je ob demonstraciji primera telefona povedal Shyam Gollakota, profesor računalništva na šoli Paul G Allen School of Computer Science & Engineering, in poudaril, da bodo tovrstne inovacije v vse bolj tehnološkem svetu enostavno nujne.