یافتن منابع جایگزین انرژی برای اینترنت اشیا می‌تواند سنسورها را قادر سازد که انرژی را از منابعشان بگیرند و کاهش خطرات مربوط به باتری‌ها را به دنبال داشته باشد.
همه دستگاه‌های اینترنت اشیا نیازمند انرژی برای ردیابی دارایی‌های صاحب دستگاه هستند. اما چالش بزرگ در استقرار شبکه‌های سنسور بی‌سیم محدودیت زمان فعالیت‌های سنسورها است.
استفاده از باتری‌ها اشکالات فراوانی دارد. اولین مشکل این است که مقدار محدودی از انرژی در دسترس در باتری‌های معمولی وجود دارد.
احمد سلمان، استاد دانشکده علوم یکپارچه در دانشگاه جیمز مدیسون و متخصص دستگاه‌های اینترنت اشیا معتقد است که علاوه بر این مسائل گفته شده، هزینه تعویض باتری هزاران دستگاه، به خصوص آن‌هایی که در مکانهای خطرناک خارج از دسترس قرار دارند، می‌تواند استقرار سنسورهای بی‌سیم را دشوار و هزینه آنها را افزایش دهد. او در ادامه می‌گوید: وقتی شما سعی می‌کنید شبکه‌های سنسوری را پیاده‌سازی کنید که یک پرنده را داخل یک جنگل ردیابی می‌کند، انتظار دارید که این استقرار برای مدت پنج سال اقدام به جمع‌آوری هر چه بیشتر داده‌هایی کند که مدنظرتان است. احتمالا دوست نخواهید داشت که بروید و باتری را در بازه های زمانی کوتاهی تعویض کنید.
جری لو، مدرس بخش ذخیره انرژی و جمع‌آوری آن در دانشگاه کرنفورد انگلستان می‌گوید: راه حل این مسئله، اقدام به توانمند کردن سنسورها به منظور گرفتن انرژی از محیط اطراف است: گرفتن انرژی از محیط به معنای این است که دیگر نیازی نیست کسی را برای تعویض باتری یا شارژ آن بفرستیم چرا که سنسورها خودشان قادر هستند که کارشان را انجام دهند و در بازه‌های زمانی مورد نیاز برای جمع آوری داده خودشان را شارژ می‌کنند.
به فرآیند جمع‌آوری انرژی از منابع بیرونی (مثل نور، گرما یا لرزش) برای تامین انرژی دستگاه‌های اینترنت اشیا، برداشت انرژی گفته می‌شود. این منابع دستگاه های اینترنت اشیا را به طور متفاوتی تغذیه می کنند. بیایید به ترتیب به این روش ها بپردازیم.
انرژی خورشیدی
لو می‌گوید: در برخی موارد، انرژی خورشید بهترین گزینه است. این نوع انرژی تا زمانی که سنسورها زیر زمین و یا در مکانی دور از تابش خورشید نباشند مفید است.
شمس کانجی، مدیر فروش فنی شرکت مورال می‌گوید: باتری‌های قابل شارژ ترکیب شده با پنل‌های خورشیدی به اتدازه کافی برای تامین انرژی نامحدود دستگاه‌های اینترنت اشیا مناسب هستند.
در این نوع خدمات، دستگاه‌های اینترنت اشیا به منظور خوانش سنسورها و انتقال روتین داده‌ها در مدت زمان دو تا چهار ساعت، تنظیم شده‌اند. تنظیمات دستگاه آن قدر هوشمند است که بتواند گزارش داده مبتنی بر انرژی ذخیره شده را مقیاس دهی کند.
در بیشتر مکانهای خارج از منزل ، باتری‌های قابل شارژ می‌توانند در هنگام نور خورشید انرژی کافی را ذخیره کنند تا در هنگام تاریکی و در هوای بد ، کارها را پیش برند.
کانجی می‌گوید: پنل‌های خورشیدی و باتری های قابل شارژ در اکثر محیط ها و مناطق جغرافیایی کار می‌کنند ، اما نه در همه آنها. به عنوان مثال: آلاسکا در ماه های زمستان مکان مناسبی برای این انرژی نیست.
انرژی مکانیکی
انرژی مکانیکی منبع انرژی دیگری برای تامین انرژی دستگاه‌های اینترنت اشیا است.
سلمان می‌گوید: “ماشین آلاتی که می‌توانند در نیروگاه ها مستقر شوند ، ارتعاشات خاص خود را ایجاد می‌کنند ، و این ارتعاشات ناشی از آن ماشین‌های سنگین انرژی زیادی تولید می‌کند.” وی افزود: “این ماشین آلات می‌توانند تا ۱۵۰ میکرووات در هر سانتی متر مربع انرژی تولید کنند. بنابراین، اگر دستگاه های اینترنت اشیایی دارید که روی دستگاه‌های خط تولید متصل هستند، می توانید نیروی این دستگاه‌ها را به طور کامل از لرزش هایی که توسط دستگاه تولید شده تامین کنید.
پیزوالکتریک (بار الکتریکی که در برخی از مواد جامد در پاسخ به ضربه جمع می شود) یا دستگاه الکترومغناطیسی، انرژی را از سنسورهای نصب شده به قطعه ماشین های ارتعاشی استخراج می‌کند و آن را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند تا باتری را تغذیه کند.
لو می‌گوید: “تولید انرژی برای این نوع از برداشت کننده انرژی واقعاً زیاد نیست اما معمولاً برای سنسورها کافی است ، زیرا در بسیاری موارد سنسور نیازی به ارسال اطلاعات همیشگی ندارد. آنها می‌توانند داده ها را برای یک دوره زمانی ارسال کنند ، و سپس بین ارسال داده ها در بازه‌هایی داده‌ها را به یک نقطه جمع‌آوری بفرستند.
ریچارد سلی ، مدیر اجرایی کنسرسیوم اینترنت صنعتی می‌گوید: اثر پیزوالکتریک به شما امکان می دهد انرژی لازم را از هر حرکتی حتی حرکت افراد برداشت کنید.
وی گفت: “شما می‌توانید از کفش هایی که به سمت بالا و پایین حرکت می‌کنند، انرژی بگیرید. البته مقدار آن زیاد نیست و انرژی کمی است.
انرژی حاصل از این نوع پیاده روی می‌تواند برای شارژ دستگاه های اینترنت اشیای پوشیدنی مانند ساعت هوشمند، به انرژی الکتریکی تبدیل شود.
حرکت جزر و مد
سلی می‌گوید: فناوری برداشت انرژی همچنین می تواند قدرت جزر و مد اقیانوس ها را مهار کرده و حرکت خود را با رویکرد پیزو الکتریک به انرژی الکتریکی تبدیل کند. وی اضافه کرد: محققان استفاده از حرکت جزر و مدی را برای تولید برق در کالیفرنیا و کاستاریکا و سایر مناطق را مورد بررسی قرار داده‌اند.
یک دستگاه پیزو الکتریک تعبیه شده در پمپ های زیر آب یک دکل نفت دریایی می‌تواند انرژی را از حرکت جزر و مد اطراف به انرژی سنسورهای اینترنت اشیا برای نظارت بر وضعیت پمپ و ارسال داده ها به یک عامل از راه دور استفاده کند.
انرژی حرارتی
برداشت کننده انرژی ترموالکتریک از دستگاه های نیمه هادی برای استخراج انرژی ناشی از اختلاف دما در محیط های طبیعی و ساخته شده توسط انسان استفاده می کند. این ژنراتورهای حرارتی جریان گرما را به برق تبدیل می کنند.
لو می‌گوید: “دستگاه‌های نیمه هادی می‌توانند گرمای زباله را از سطح داغ برداشت کرده و آن را به برق تبدیل کنند.” “به وقت اختلاف دما، یک منطقه داغ و یک منطقه سرد وجود دارد ، که به عنوان تفاوت درجه حرارت شناخته می شود.”
وی می‌گوید ، هنگامی که هیچ لرزش ، انرژی مکانیکی و انرژی خورشیدی وجود ندارد ، در صورت وجود سطح داغ ، می توان از انرژی حرارتی استفاده کرد زیرا دستگاه های نیمه هادی می توانند گرمای زباله را از سطح داغ برداشت کرده و آن را به برق تبدیل کنند.
وی گفت: “این امر ممکن است در خط لوله نفت یا گاز امکان پذیر باشد. در خط لوله معمولاً گرمای تلف شده وجود دارد ، اما معمولاً لرزش زیادی ندارند و خط لوله معمولاً زیرزمینی است یا در معرض آفتاب قرار نمی گیرد. بنابراین آنها می توانند از انرژی حرارتی موجود در سطح لوله برای تأمین انرژی الکتریکی استفاده کنند. ”
یکی از اشکالات استفاده از انرژی حرارتی هزینه است.
لو گفت: “بنابراین افرادی هستند که سعی در افزایش بهره وری و کاهش هزینه های ترموالکتریک دارند.”
فناوری پیشرفته باتری اولیه
کنجی می‌گوید که اگرچه این فناوری منبع انرژی جایگزینی کاملاً مناسبی نیست ، اما فن آوری های باتری اولیه جدید مانند لیتیوم تونییل کلرید ، دی اکسید منگنز ، دی اکسید گوگرد و اکسیدهای نقره ای راه درازی را در به حداقل رساندن جریان نشت و اجازه کار در بالاترین دماها طی کرده اند. در صورت عملی بودن این ایده، این باتری ها نسبت به شارژ خورشیدی مطمئن تر هستند زیرا می توانند تعداد دقیق چرخه های انتقال را بر اساس ظرفیت باتری و مصرف برق برای هر چرخه گزارش داده را پیش بینی کنند. جریان نشتی برای نوع باتری مشخص شده است و می تواند در محاسبه عمر سرویس استفاده شود. همچنین سطح انرژی می‌تواند در طول هر گزارش کنترل شود تا با ارسال اصلاحات به دستگاه از طریق هوا، مصرف هر گونه انرژی بیش از حد بهبود یابد. با چرخه های انتقال طولانی تر ، این باتری ها می توانند تا ۱۲ سال انرژی دستگاه اینترنت اشیا را تأمین کنند ، که بسیار طولانی تر از طول عمر طراحی شده دستگاه است.
نتیجه
اگرچه اجرای فن آوری های برداشت انرژی به دستگاه های اینترنت اشیا نسبت به استفاده از باتری ها پیچیده تر است ، اما تبدیل انرژی از محیط اطراف دستگاه ها ممکن است باعث شود آنها به صورت دائمی تغذیه و از نگهداری بی‌نیاز شوند.