Mengatasi Hambatan Baterai untuk Sensor di Mana-mana — Akhirnya

Mengapa Sensor Self-Powered adalah Game-Changer

Melengkapi objek dengan perangkat komputasi yang memungkinkan mereka mengirimkan data melalui Internet telah menjanjikan selama bertahun-tahun untuk merevolusi cara bisnis beroperasi dan individu hidup. Dan meskipun Internet of Things (IoT) jelas memengaruhi kehidupan pribadi kita—melalui ponsel pintar, termostat yang terhubung, pelacak kebugaran yang dapat dikenakan, dan bahkan botol air yang memantau kebiasaan minum kita—lebih lambat untuk menjangkau di mana-mana daripada yang diperkirakan para ahli, dan jauh lebih lambat dari yang diperkirakan terjadi di kalangan bisnis industri.

Masalah Triliun Baterai

Pada tahun 2012, IBM memperkirakan 1 triliun perangkat yang terhubung pada tahun 2015 . Dunia tidak mendekati angka itu. Salah satu implikasi dari perkiraan triliun perangkat IBM adalah volume — itu adalah satu triliun baterai yang dibutuhkan untuk menjaga triliunan sensor IoT itu mengumpulkan, menganalisis, dan mengirim data. Daya tahan baterai telah menjadi fokus sebagian besar inovasi hingga saat ini. Sebuah makalah yang dipresentasikan pada Simposium Kyoto 2017 tentang Sirkuit VLSI menjelaskan metode baru yang sedang dikerjakan industri untuk memperpanjang masa pakai baterai untuk perangkat IoT.

Mari kita asumsikan industri pada akhirnya mencapai tujuannya untuk masa pakai 10 tahun untuk baterai IoT rata-rata. Berapa banyak baterai yang perlu diganti setiap hari di dunia dengan triliunan perangkat? Jawabannya:273.972.603. Lebih buruk lagi, jika industri gagal mencapai tujuan itu dan hanya memberikan masa pakai baterai dua tahun, itu berarti setiap orang di planet ini (seluruhnya 7,4 miliar) mengganti baterai setiap lima hari.

Kami tidak dapat mengganti lebih dari 1 miliar baterai setiap hari. Bahkan dalam skenario kasus terbaik, menyalakan 1 triliun perangkat IoT akan membutuhkan penggantian 274 juta baterai setiap hari. Dan itu dengan asumsi semua baterai itu mencapai harapan hidup 10 tahun penuh mereka. Jelas, ini bukan rencana yang layak.

Bisakah Kita Mengganti 137 juta Baterai Pertama Sebelum Makan Siang?

Mari kita nyatakan dalam istilah dunia nyata yang mencerminkan bagaimana Anda sebenarnya dapat memanfaatkan IoT dalam bisnis Anda sendiri.

Bayangkan Anda menggunakan 10.000 perangkat IoT Industri di seluruh fasilitas Anda—sensor ditempatkan secara strategis untuk mengirimkan data real-time tentang kesehatan dan kinerja mesin dan peralatan Anda, untuk memantau suhu dan kualitas udara di berbagai sektor, untuk memeriksa racun yang mungkin ada. bocor, untuk menyampaikan status sistem uap Anda, sistem HVAC, dan infrastruktur vital lainnya.

Dengan asumsi gagasan optimis tentang kehidupan rata-rata 5 tahun dalam 10.000 baterai tersebut, tim Anda akan mengganti sekitar 2.000 baterai setiap tahun, atau sekitar 5 setiap hari (pikirkan masalah detektor asap rumah tangga, tetapi pada steroid). Bergantung pada jenis perangkat yang sedang kita bicarakan, baterai itu sendiri dapat berharga mulai dari beberapa dolar hingga beberapa ratus dolar masing-masing untuk diganti. Mungkin yang lebih memprihatinkan adalah biaya untuk mendapatkan sensor jarak jauh untuk mengganti baterai seringkali jauh lebih tinggi daripada biaya baterai itu sendiri.

Semua ini membantu menjelaskan mengapa, menurut laporan tahun 2017 yang dikutip oleh Institution of Mechanical Engineers, “Baterai harus dihilangkan agar Internet of Things dapat berkembang .” Ini adalah masalah paling mendasar – industri berfokus pada masa pakai baterai daripada menghilangkan ketergantungan pada baterai sama sekali.

5 Alasan Mengapa Baterai Membatasi Penerapan IIoT yang Hemat Biaya

Sensor bertenaga baterai memerlukan perawatan manual
Masalah yang paling jelas adalah bahwa semua baterai pada akhirnya perlu diganti. Seperti yang kami tunjukkan sebelumnya, biaya untuk mengakses dan mengganti baterai mati—karena proses seperti itu masih harus dilakukan secara manual—seringkali jauh lebih besar dalam sumber daya dan jam kerja daripada biaya baterai baru itu sendiri. Kebutuhan akan upaya manual yang sering ini segera mengalahkan nilai inti dari sensor yang terhubung.

Masa hidup yang terbatas dapat menyebabkan kesenjangan dalam data penting misi
Baterai mati yang tak terhindarkan dapat memiliki konsekuensi di luar tenaga kerja marginal dan sumber daya modal yang diperlukan untuk memeriksa dan mengganti baterai. Kecuali jika tim yang mengawasi sensor IoT pabrik segera menemukan baterai mati dan dapat dengan cepat keluar ke sensor dan menggantinya, pabrik akan secara permanen kehilangan data apa pun yang dikumpulkan dan dikirim oleh sensor untuk sementara. Lebih buruk lagi, baterai cepat aus di jaringan sensor nirkabel, bahkan jika dikelola dengan hati-hati.

Karena beberapa sensor pabrik industri merekam dan mengalirkan data yang sangat penting untuk keselamatan dan kepatuhan, baterai yang mati dapat menimbulkan bahaya yang signifikan bagi bisnis.

Untuk menghemat masa pakai baterai, sensor sering dikonfigurasi untuk mengirimkan data lebih jarang
Idealnya, perangkat IoT di pabrik industri—misalnya, sensor yang ditempatkan di dekat operasi kimia fasilitas tersebut untuk terus memantau atmosfer dari kebocoran beracun—harus mentransmisikan datanya dengan sangat sering. Pembaruan beberapa kali dalam satu menit sangat ideal.

Tetapi setiap transmisi data menghabiskan daya. Jadi, untuk memperpanjang masa pakai baterai, banyak sensor IoT yang dikonfigurasi untuk mengirimkan data jauh lebih jarang daripada yang ideal—terkadang sesering sekali setiap 24 jam.

Ini dapat memberi operator pabrik gambaran yang tidak akurat tentang data yang ditangkap sensor.

Dimensi fisik dapat membatasi fungsionalitas sensor
Baterai sering kali merupakan bagian terbesar dari sistem sensor IoT, membuat para insinyur memiliki pilihan terbatas tentang baterai mana yang akan ditambahkan ke sensor mereka. Selain itu, ukuran, berat, dan dimensi baterai seringkali membatasi kegunaan sensor. Hal ini karena karakteristik fisik baterai dapat membatasi jenis aplikasi yang dapat dilakukan sensor dan komponen lain yang dapat digunakan bersama baterai pada papan sensor, serta di mana ia dapat digunakan (dengan lokasi tertanam terlarang karena diperlukan penggantian baterai).

Kemungkinan risiko keselamatan dan kerusakan lingkungan
Laporan Institut Kesehatan Nasional AS (NIH) bahwa baterai lithium yang biasa digunakan dalam sensor IoT “dapat berkontribusi besar terhadap pencemaran lingkungan dan dampak kesehatan manusia yang merugikan, karena bahan yang berpotensi beracun”.

Penempatan perangkat IoT bertenaga baterai yang berkelanjutan di seluruh dunia—terutama jika perangkat ini diluncurkan oleh miliaran atau puluhan miliar seperti yang diperkirakan – sangat mengkhawatirkan.

Solusi Tanpa Baterai
Solusi untuk revolusi IoT Industri:sistem ujung ke ujung yang menyatukan semua komponen yang diperlukan untuk solusi penginderaan yang dikembangkan sepenuhnya dan ada di mana-mana—dibangun di sekitar sensor IoT nirkabel yang sepenuhnya bertenaga sendiri.

Semikonduktor inti baru yang dipatenkan dan teknologi jaringan nirkabel memungkinkan perangkat untuk beroperasi dari tingkat rendah energi yang dipanen di sekitar, menghasilkan daya yang cukup untuk memungkinkan operasi daya ultra-rendah mereka tanpa batas. Sensor beroperasi terus menerus dan tidak akan pernah membutuhkan baterai.

Energi diperoleh dari beberapa sumber—termasuk solar indoor tingkat rendah, solar outdoor, efek termoelektrik (menangkap energi sekitar yang dihasilkan dari gradien suhu), serta melalui getaran bahan piezoelektrik (seperti kristal dan keramik tertentu) dan bahkan dari gelombang radio yang merambat melalui lingkungan. Tidak seperti komponen elektronik “berdaya rendah” lainnya yang memanfaatkan pemanenan energi, perangkat sensor baru yang lengkap tidak hanya dapat mengumpulkan serangkaian data menggunakan beberapa sensor, tetapi juga memproses, menganalisis, dan mengirimkan data tersebut secara nirkabel—semuanya di baterai yang sama lebih sedikit anggaran daya.

Pikirkan sistem yang diberdayakan sendiri sebagai "sensor selamanya", karena dapat digunakan tanpa khawatir memeriksanya secara fisik untuk pemeliharaan atau pemeriksaan level baterai.

Masalah baterai telah menghambat adopsi Industrial Internet of Things (IIoT) dan membuat perusahaan industri kehilangan manfaat yang signifikan, seperti kemampuan penginderaan luas yang dapat menghasilkan kecerdasan yang dapat ditindaklanjuti yang belum pernah dapat diakses sebelumnya. Solusinya adalah platform penginderaan menyeluruh yang terintegrasi, di mana seluruh lingkungan—sensor fisik, fungsi pengambilan dan pemrosesan data, komunikasi nirkabel, analitik, dan platform perangkat lunak pelaporan—dirancang untuk beroperasi sebagai ekosistem yang sebenarnya. Inovasi ini akhirnya dapat membantu bisnis mewujudkan nilai triliunan dolar yang dijanjikan oleh IIoT.

Rafael Reyes saat ini adalah Direktur Pemasaran Produk di Everactive, sebuah perusahaan teknologi yang menggabungkan sensor nirkabel tanpa baterai dan analitik cloud untuk memberikan solusi IoT Industri ujung ke ujung, di mana ia mendorong strategi go-to-market yang berpusat pada pelanggan untuk produk baru dan strategi promosi untuk produk yang sudah ada.
Rafael memiliki pengalaman lebih dari 10 tahun dalam pemasaran produk dan pengembangan produk; dikombinasikan dengan 5 tahun pengalaman dalam Perencanaan Strategis dan 5 tahun pengalaman dalam manajemen unit Bisnis, semua dalam perusahaan B2C dan B2B.