Des appareils intelligents sans batterie pour récupérer l’énergie ambiante pour l’IoT

Des appareils intelligents sans batterie pour récupérer l'énergie ambiante pour l'IoT

L’Internet des objets permet à nos gadgets intelligents à la maison et aux technologies portables comme nos montres intelligentes de communiquer et de fonctionner ensemble. Crédit: Ponchai nakumpa via Pixabay

Les systèmes de gestion de l’alimentation qui récoltent l’énergie ambiante alimenteront des milliards de petits appareils sur l’Internet des objets.

De minuscules appareils électroniques connectés à Internet deviennent omniprésents. Le soi-disant Internet des objets (IoT) permet aux gadgets intelligents à la maison et aux technologies portables comme les montres intelligentes de communiquer et de fonctionner ensemble. Les appareils IoT sont de plus en plus utilisés dans toutes sortes d’industries pour favoriser l’interconnectivité et l’automatisation intelligente dans le cadre de la « quatrième révolution industrielle ».

La quatrième révolution industrielle s’appuie sur des technologies numériques déjà largement répandues telles que les appareils connectés, l’intelligence artificielle, la robotique et l’impression 3D. On s’attend à ce qu’elle soit un facteur important de révolution de la société, de l’économie et de la culture.

Ces petits appareils autonomes, interconnectés et souvent sans fil jouent déjà un rôle clé dans notre vie quotidienne en contribuant à nous rendre plus économes en ressources et en énergie, organisés, sûrs, sécurisés et sains.

Il y a cependant un défi majeur : comment alimenter ces minuscules appareils. La réponse évidente est “piles”. Mais ce n’est pas si simple.

Petits appareils

Beaucoup de ces appareils sont trop petits pour utiliser une batterie longue durée et ils sont situés dans des endroits éloignés ou difficiles d’accès, par exemple au milieu de l’océan pour suivre un conteneur d’expédition ou au sommet d’un silo à grains, pour surveiller taux de céréales. Ces types d’emplacements rendent la maintenance de certains appareils IoT extrêmement difficile et commercialement et logistiquement irréalisable.

Mike Hayes, responsable des TIC pour l’efficacité énergétique au Tyndall National Institute en Irlande, résume le marché. “Il est prévu que nous aurons mille milliards de capteurs dans le monde d’ici 2025”, a-t-il déclaré, “c’est-à-dire mille milliards de capteurs.”

Ce chiffre n’est pas aussi fou qu’il n’y paraît à première vue, selon Hayes, qui est le coordinateur du projet EnABLES (European Infrastructure Powering the Internet of Things).

Si vous pensez aux capteurs de la technologie que quelqu’un pourrait porter sur lui ou avoir dans sa voiture, sa maison, son bureau ainsi que les capteurs intégrés dans l’infrastructure qui l’entoure, comme les routes et les voies ferrées, vous pouvez voir d’où vient ce nombre, a-t-il expliqué. .

“Dans le monde des milliards de capteurs IoT prévu pour 2025, nous allons jeter plus de 100 millions de batteries chaque jour dans les décharges à moins que nous ne prolongeions considérablement la durée de vie des batteries”, a déclaré Hayes.

Vie de la batterie

L’enfouissement n’est pas la seule préoccupation environnementale. Nous devons également déterminer d’où proviendra tout le matériel nécessaire à la fabrication des batteries. Le projet EnABLES appelle l’UE et les leaders de l’industrie à réfléchir à la durée de vie de la batterie dès le départ lors de la conception d’appareils IoT afin de s’assurer que les batteries ne limitent pas la durée de vie des appareils.

“Nous n’avons pas besoin que l’appareil dure éternellement”, a déclaré Hayes. “L’astuce est que vous devez survivre à l’application que vous servez. Par exemple, si vous voulez surveiller un équipement industriel, vous voulez probablement qu’il dure de cinq à 10 ans. Et dans certains cas, si vous faites un entretien régulier tous les trois ans de toute façon, une fois que la batterie dure plus de trois ou quatre ans, c’est probablement suffisant.”

Bien que de nombreux appareils aient une durée de vie opérationnelle de plus de 10 ans, la durée de vie de la batterie des capteurs sans fil n’est généralement que d’un à deux ans.

La première étape pour prolonger la durée de vie des batteries consiste à augmenter l’énergie fournie par les batteries. De plus, la réduction de la consommation d’énergie des appareils prolongera la durée de vie de la batterie. Mais EnABLES va encore plus loin.

Le projet rassemble 11 instituts de recherche européens de premier plan. Avec d’autres parties prenantes, EnABLES travaille à développer des moyens innovants de récolter de minuscules énergies ambiantes telles que la lumière, la chaleur et les vibrations.

La récolte de ces énergies prolongera encore la durée de vie de la batterie. L’objectif est de créer des batteries auto-rechargeables qui durent plus longtemps ou fonctionnent finalement de manière autonome.

Récupérateurs d’énergie

Selon Hayes, les récupérateurs d’énergie ambiante, tels qu’un petit récupérateur de vibrations ou un panneau solaire intérieur, qui produisent de faibles quantités d’énergie (de l’ordre du milliwatt) pourraient prolonger considérablement la durée de vie de la batterie de nombreux appareils. Il s’agit notamment d’articles de tous les jours comme des montres, des étiquettes d’identification par radiofréquence (RFID), des prothèses auditives, des détecteurs de dioxyde de carbone et des capteurs de température, de lumière et d’humidité.

EnABLES conçoit également les autres technologies clés nécessaires aux petits appareils IoT. Non content d’améliorer l’efficacité énergétique, le projet tente également de développer un cadre et des technologies standardisées et interopérables pour ces appareils.

L’un des principaux défis des outils IoT alimentés de manière autonome est la gestion de l’alimentation. La source d’énergie peut être intermittente et à des niveaux très faibles (microwatts), et différentes méthodes de récolte fournissent différentes formes d’énergie qui nécessitent différentes techniques pour se convertir en électricité.

Filet régulier

Huw Davies, est directeur général de Trameto, une société qui développe la gestion de l’alimentation pour les applications piézoélectriques. Il souligne que l’énergie des appareils photovoltaïques a tendance à venir en un filet régulier, tandis que celle des appareils piézoélectriques, qui convertissent l’énergie ambiante des mouvements (vibrations) en énergie électrique, vient généralement en rafales.

“Vous avez besoin d’un moyen de stocker cette énergie localement dans un magasin avant qu’elle ne soit livrée dans une charge, vous devez donc avoir des moyens de gérer cela”, a déclaré Davies.

Il est le coordinateur du projet HarvestAll, qui a développé un système de gestion de l’énergie pour l’énergie ambiante baptisé OptiJoule.

OptiJoule travaille avec des matériaux piézoélectriques, du photovoltaïque et des générateurs électriques thermiques. Il peut fonctionner avec n’importe laquelle de ces sources seules ou avec plusieurs sources de récupération d’énergie en même temps.

L’objectif est de permettre aux capteurs autonomes d’être autonomes. En principe, c’est assez simple. “Ce dont nous parlons, ce sont des capteurs ultra-basse puissance prenant des mesures numériques”, a déclaré Davies. “Température, humidité, pression, quoi que ce soit, avec les données fournies sur Internet.”

Circuits intégrés

Le dispositif de circuit intégré de gestion de l’énergie HarvestAll s’adapte aux différents récupérateurs d’énergie. Il prend l’énergie différente et intermittente créée par ces récupérateurs et la stocke, par exemple dans une batterie ou un condensateur, puis gère la fourniture d’une sortie d’énergie constante au capteur.

Comme pour le projet EnABLES, l’idée est de créer une technologie standardisée qui permettra le développement rapide d’appareils IoT à longue durée de vie/autonomes en Europe et dans le monde.

Davies a déclaré que le circuit de gestion de l’énergie fonctionne de manière complètement autonome et automatique. Il est conçu pour pouvoir être simplement branché sur un récupérateur d’énergie, ou une combinaison de récupérateurs et d’un capteur. En remplacement de la batterie, elle présente un avantage significatif, selon Davies, car “ça fonctionnera tout simplement”.


Jusqu’à 78 millions de piles seront jetées chaque jour d’ici 2025


Fourni par Horizon : le magazine européen de la recherche et de l’innovation

Citation: Des appareils intelligents sans batterie pour récolter l’énergie ambiante pour l’IoT (2022, 5 octobre) récupéré le 5 octobre 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-10-battery-free-smart-devices-harvest-ambient.html

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