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无线电子设备可以为数万亿个物联网传感器供电

如果您的智能手机、笔记本电脑、汽车和家用电器能够始终相互交互和共享信息,那该有多好,它将让您的生活更加舒适和轻松。这种令人兴奋的可能性可以通过物联网(IoT)变成现实,物联网是一种利用传感器、软件和互联网在您的所有物理设备和小工具之间建立网络的技术。尽管物联网仍是一项新兴技术,但您会惊讶地发现它已经在发挥作用。

例如:智能手表、健身追踪器、智能家居安全系统以及各种其他不断与您的智能手机共享数据以让您随时了解通话、会议、心率、门锁等信息的小工具——都是物联网应用。我们尚未见证物联网的全部潜力,但在此之前,我们需要克服一个巨大的挑战。使物联网网络成为可能的传感器需要电力才能保持功能,不幸的是,我们现有的能源解决方案不足以支持这一需求。

沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学 (KAUST) 的一组研究人员一直在研究这个问题,在他们的最新研究中,他们提出了一个有趣的解决方案。作者揭示了有关无线供电电子设备的详细信息,这些电子设备有望以可持续和环保的方式满足物联网网络的能源需求。

电池不工作

传感器目前由锂离子电池等技术供电。虽然电池可以为大型设备网络供电,但它们需要一次又一次地更换。因此,基于电池的方法是昂贵的、不可持续的并且对环境有害。

例如,传统电池由通过导致空气和土壤污染的采矿活动获得的金属制成。此外,如果不小心处理这些电池,它们会将有毒化学物质释放到我们的环境中。

此外,在未来,当物联网应用变得更加普遍时,可能会有数十亿甚至数万亿个传感器协同工作。这些大型网络可能会扰乱电池供需动态,导致我们没有足够的电池为世界上所有的传感器供电,或者大多数消费者可能买不起电池。

描绘无线电源的光迹。

研究作者建议,通过无线电源而不是电池为物联网传感器供电可能是解决这个问题的完美方法。光伏电池(PVC,用于太阳能电池板)、大面积电子设备 (LAE) 和射频 (RF) 能量收集器等新兴技术可以使这成为可能。

射频能量收集采用金属氧化物和称为肖特基二极管的特殊半导体器件,通过电磁波产生无线电力。LAE 是新一代电子产品,可以使用柔软、灵活、混合和可定制的材料进行印刷或制造。

据研究人员称,即使在低温下,这种材料也可以生产可生物降解的电路和基板(LAE)。与传统的硅基电子产品不同,这些LAE 可以以环保的方式为传感器 提供无线电力。

在解释 RF 能量收集器和 LAE 对于无线供电传感器节点的重要性时,研究人员之一和 KAUST 校友 Kalaivanan Loganathan 博士说,“这些设备是无线能量收集器中的关键组件,并最终决定了性能和成本传感器节点。”

他进一步补充说,“(这些技术)提供了所需的构建块,以在不久的将来以更可持续的方式为数十亿个传感器节点提供动力。”

我们仍然需要整合技术

作者提出,无线供电的传感器节点可以通过 LAE 从 PVC 和射频收集器中获取能量,并使物联网网络大规模运行。例如,在他们的研究论文中,KAUST 团队强调了一种可扩展的方法,该方法使用射频二极管来收集5G和 6G 频率范围内的能量。

这项研究非常令人兴奋,因为它完全从物联网图片中取出了电池,并引入了一种环保和可持续的方法。然而,KAUST 团队尚未了解 PVC、LAE 和 RF 采集器等技术如何协同工作。

无线供电传感器二极管的想法似乎很酷,但它的成功取决于上述技术的成功集成。Loganathan 博士透露,整合是他们研究的下一步。他说:“该团队正在研究这些低功耗设备与天线和传感器的单片集成,以展示它们的真正潜力。”

该研究发表在《自然电子》杂志上。

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