Современная электроника №2/2019

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 10 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019 Энергоэффективное модульное оборудование обеспечит будущее Интернета вещей Общество Фраунгофера работает над знаковым проектом в области энергопотребления сетевых датчиков, направленным на создание единого энергоэффективного аппаратного решения для Интернета вещей. Янис Айтнер, Георг Вайгельт (Fraunhofer-Gesellschaft) Перевод: Игорь Матешев Интернет вещей (IoT) неуклонно раз- вивается. Уже сейчас ему нужно огром- ное количество сетевых сенсорных узлов, которые собирают, оценивают и обрабатывают данные в сети. В то же время огромное энергопотребле- ние этих узлов представляет серьёз- ную проблему. Согласно исследова- ниюМеждународного энергетическо- го агентства, в 2013 году энергия для питания всех сетевых устройств в мире равнялась общему спросу на электро- энергию в Германии. Через несколько лет эта потребность увеличится почти вдвое до 1140 ТВт в год, при этом зна- чительная доля этого роста придётся на Интернет вещей – поэтому так важ- но, чтобы датчики стали более энерго- эффективными. Пока что промышленность и раз- работчики не придумали единого решения: для каждого проекта раз- рабатывается специальное аппарат- ное обеспечение IoT, более или менее энергоэффективное. Общество Фраун- гофера хочет это изменить: в знаковом проекте Towards Zero Power Electronics (ZEPOWEL) разрабатывается единое и при этом энергоэффективное аппарат- ное решение. Следующий шаг – добиться от сете- вых датчиков полностью автоном- ной работы. Общество Фраунгофе- ра использует для этого два метода: во-первых, сами узлы должны потре- блять значительно меньше энергии, а во-вторых, связь с другими системами также будет экономить энергию. Цель проектной командыИнститута надёж- ности и микроинтеграции Фраунгофе- ра – создание таким образом техноло- гической платформы для глобального Интернета вещей. Для этого институтам Фраунгофера нужно решить несколь- ко задач. 1. Создание высокоэффективных компонентов для надёжной и защи- щённой связи. В рамках описываемо- го проекта разрабатываются новые технологии. Например, активируе- мый приёмник со сверхнизким энер- гопотреблением, который позволит датчику не передавать данные постоян- но, а «пробуждаться» на определённом этапе или по защищённому внешнему запросу. Ожидается, что модуль, разра- ботанный для проекта, будет в 1000 раз более эффективным, чем существую- щие стандартные радиорешения. При- ёмник воспринимает только разрешён- ные и шифрованные защищённые сиг- налы, которые предназначены именно для него – т.е. датчик может оставать- ся в режиме ожидания с минимальным потреблением энергии, а при необхо- димости немедленно активироваться WakeUp-приёмником. 2. Более точные измерения с мень- шими энергозатратами. Кроме того, в проекте заложена разработка уни- кальной сенсорной технологии: дат- чик качества воздуха в связке с микро- насосом. Насос будет служить ката- лизатором измерений, значительно увеличивая объём подаваемого воз- духа. В результате датчик с меньшей чувствительностью будет предостав- лять гораздо более точные данные. В то время как современные датчики обе- спечивают 5000 измерений, потребляя 1250 мкВт/с, ожидается, что новый дат- чик будет обеспечивать вдвое больше показаний с затратами менее 10 мкВт. Датчик предназначен для измере- ния выбросов твёрдых частиц в горо- дах. Обычно такие исследования чрез- вычайно трудоёмки, поэтому их мож- но выполнить только на нескольких узлах одновременно, однако новая технология обеспечит более плотные и точные измерения. Интеллектуаль- ная сеть узлов, подключённая к общим облачным платформам, позволит создать детальную модель мелкоди- сперсных выбросов в городах. Исполь- зовать её можно по-разному: например, для управления транспортным пото- ком или адаптации маршрута навига- ционными системами с опорой на её данные. 3. Улучшение самообеспечения дат- чиков электричеством. Необходимо оптимизировать не только энергоэф- фективность сбора и передачи дан- ных, но и энергоэффективность самих датчиков. С этой целью нужно разра- ботать широкополосный коллектор для получения энергии из окружаю- щей среды. Его эффективность будет в 4 раза выше, чем у современных раз- работок: чтобы собрать 100 мкВт энер- гии из окружающей среды, ему потре- буется только четверть площади, а именно 5 × 5 мм 2 . Энергия хранится в недавно разработанной тонкоплёноч- ной батарее, которая встроена непо-