Un futuro senza batterie per i dispositivi IoT
I dispositivi IoT vengono sempre più utilizzati per monitorare e tracciare i dati; ciononostante, la loro dipendenza dalle batterie pone sfide significative, tra cui elevati costi di manutenzione, scarsa esperienza utente dovuta alle frequenti sostituzioni e problemi ambientali derivanti dalla produzione e dallo smaltimento. Il principale obiettivo del progetto EPEAS, finanziato dall’UE, era risolvere il problema delle batterie nei dispositivi IoT, consentendo loro di alimentarsi autonomamente utilizzando l’energia presente nell’ambiente circostante. I dispositivi IoT ruotano intorno a quattro componenti chiave: un sensore per raccogliere i dati, un microcontrollore per elaborarli, la comunicazione per inviarli al cloud e la gestione dell’alimentazione. «In e-peas(si apre in una nuova finestra), forniamo già circuiti di gestione energetica che, abbinati a minuscoli dispositivi di raccolta dell’energia, possono fornire alimentazione in modo efficiente. Combinando questa tecnologia con un microcontrollore a basso consumo e un sensore di immagine possiamo creare dispositivi autonomi dal punto di vista energetico, eliminando la necessità di sostituire le batterie», osserva Julien De Vos, il coordinatore del progetto.
IoT senza batterie: gli elementi costitutivi fondamentali della tecnologia
La soluzione concepita da EPEAS combina circuiti avanzati in una piattaforma di edge computing autonoma dal punto di vista energetico, dotata di un circuito integrato di gestione dell’alimentazione per la raccolta dell’energia ambiente(si apre in una nuova finestra), un microcontrollore a bassissimo consumo e un sensore di immagini CMOS. Il sistema raccoglie, immagazzina e distribuisce in modo intelligente l’energia dall’ambiente circostante: il circuito di gestione dell’alimentazione regola il flusso di energia, mentre il microcontrollore ottimizza il funzionamento del dispositivo in base alla potenza disponibile. Gli acceleratori hardware, come la modalità di sospensione automatica per l’unità microcontrollore (MCU, microcontroller unit) e il rilevamento del movimento per il sensore di immagine, garantiscono prestazioni affidabili anche quando l’energia disponibile è minima, permettendo al dispositivo di rilevare, elaborare e comunicare dati senza dover ricorrere a batterie sostituibili.
Un sistema integrato che stabilisce un nuovo standard di efficienza energetica
«La nostra soluzione si distingue dalle altre perché i circuiti da noi progettati sono concepiti al fine di lavorare congiuntamente senza soluzione di continuità. Pertanto, l’MCU non solo raggiunge un consumo energetico record, detenendo il più alto punteggio ULPBench [benchmark standardizzato utilizzato per misurare l’efficienza energetica dei MCU] per un microcontrollore Cortex-M0, ma comunica anche direttamente con il nostro circuito integrato di gestione dell’alimentazione per monitorare lo stato energetico del sistema, consentendo agli utenti di adattare il comportamento delle applicazioni in base a fattori quali il livello di carica della batteria», spiega De Vos. Per contro, le soluzioni concorrenti spesso si basano su moduli separati di fornitori diversi, limitando così l’ottimizzazione; inoltre, il sensore di immagini EPEAS vanta il più basso consumo energetico esistente e dispone di una pre-elaborazione delle immagini brevettata su chip per ridurre al minimo il consumo di energia durante il trasferimento dei dati, incrementando ulteriormente l’efficienza complessiva.
Una tecnologia scalabile per diverse esigenze di potenza e dispositivi
«Il nostro sistema è completamente scalabile e adattabile a dispositivi con requisiti energetici diversi», afferma De Vos. L’interfaccia tra il circuito di gestione dell’alimentazione e il microcontrollore consente al sistema di ottimizzare l’estrazione di potenza in base alla quantità di energia prodotta o di integrare funzionalità aggiuntive. «La nostra competenza può essere estesa anche ad architetture di microcontrollori più avanzate o a sensori di immagini ad alta risoluzione, offrendo una flessibilità che garantisce la compatibilità della tecnologia con ogni tipo di soluzione, dai semplici sensori a basso consumo ai dispositivi edge più esigenti, compresi quelli dotati di capacità di visione o di intelligenza artificiale», aggiunge De Vos.
Una tecnologia autonoma a livello energetico che alimenta diverse applicazioni e mercati
La tecnologia concepita da EPEAS è perfetta per i settori in cui la sostituzione delle batterie comporta costi elevati o sfide logistiche, risultando particolarmente adatta per applicazioni di edilizia intelligente e vendita al dettaglio come etichette elettroniche per scaffali e sensori di presenza, applicazioni IoT industriali come la manutenzione predittiva e sistemi di monitoraggio ambientale. Inoltre, è appropriata per l’elettronica di consumo, i dispositivi indossabili e le infrastrutture delle città intelligenti; grazie all’autonomia energetica che offre, garantisce un funzionamento a lungo termine e senza manutenzione, supportando la crescita di un IoT sostenibile e scalabile. La tecnologia è stata presentata in occasione di importanti fiere internazionali come CES, Embedded World ed Electronica, nonché tramite libri bianchi, mentre il feedback dei clienti e dei partner è stato utilizzato al fine di perfezionare la strategia commerciale e preparare il lancio del prodotto.
