Daya Nirkabel RF Mendorong Adopsi Jaringan Sensor Universal

Daya Nirkabel RF Mendorong Adopsi Jaringan Sensor Universal

Kita berada di era ledakan AI (kecerdasan buatan). Segalanya — mulai dari kulkas hingga mangkok anjing Anda — akan menjadi bagian dari jaringan neuron AI. Pendapatan worldwide untuk pasar AI, termasuk perangkat lunak, perangkat keras, dan layanan, diproyeksikan tumbuh 16,4 persen tahun demi tahun pada 2021 hingga $327,5 miliar, dan pada 2024 pasar diharapkan melewati markah $500 miliar.

Sementara angka-angka ini mengesankan, AI hanya akan mencapai potensi penuhnya ketika dapat diisi dengan aliran data konstan dari beragam sumber yang berlimpah. Untuk mengumpulkan data pada tingkat yang memungkinkan output AI bernilai tinggi, Anda perlu jaringan sensor yang meluas. Sensor adalah neuron yang memicu sinaps AI. Sinergi ini sangat penting untuk frekuensi dan kualitas output.

Beberapa tahun terakhir sensor mulai menandai waktunya sebagai kerangka IoT. Pada 2022, sensor gerak diperkirakan mencakup 8,35 persen dari pasar sensor global yang diaktifkan IoT. Total pendapatan yang dihasilkan oleh pasar sensor yang diaktifkan diperkirakan mencapai $56 miliar pada 2022.

Jaringan sensor perlu terus berkembang untuk dapat benar-benar mendukung adopsi dan pencapaian AI bernilai tinggi. Namun, ekspansi yang dapat diskalakan dari jaringan sensor terhambat oleh pembatasan penempatan karena memerlukan akses ke daya. Jadi bagaimana kita bisa "menjaga lampu tetap menyala dan neuron tetap berdikari?"

Secara historis, sensor dipancarkan oleh kabel dan/atau baterai. Namun, kedua opsi ini memiliki keterbatasan. Kabel bisa mahal untuk dipasang dan seringkali membatasi — dengan batasan panjang kabel dan potensi titik retak. Baterai memiliki umur terbatas; mereka perlu diganti secara teratur dan dibuang saat habis. Singkatnya, mereka tidak andal untuk siklus waktu yang diperlukan; mereka adalah biaya berulang, dan mereka tidak berkelanjutan secara lingkungan.

Alternatif untuk Daya Tradisional

Pengganti untuk kabel dan baterai adalah pemanen energi (tangkap energi yang tersedia). Atau pengisian daya nirkabel (menghasilkan energi untuk memancarkan daya perangkat secara nirkabel), yang merupakan proses di mana energi berasal dari sumber energi eksternal yang dapat diprediksi, ditangkap, dan disimpan untuk aplikasi termasuk perangkat otonom nirkabel kecil seperti yang digunakan dalam jaringan sensor nirkabel.

Ada banyak metode pengisian daya nirkabel, yang akan kita lihat secara singkat:

• Getaran adalah konsep mengubah energi getaran menjadi energi listrik. Metode ini hanya ideal untuk mesin yang bergetar.
• UV/IR energi harus memiliki garis pandang langsung antara transmitter dan receiver agar bekerja dengan benar, setiap penghalang menghasilkan tidak ada daya yang mencapai receiver.
• Qi adalah pengisian daya induktif dan menawarkan watt daya, tetapi hanya untuk aplikasi di mana transmitter dan receiver berjarak beberapa milimeter; perpaduan perangkat cukup membatasi.
• Matahari dan angin, dalam kebanyakan kasus, harus di luar ruangan dan oleh karena itu bisa mahal untuk dibangun dan juga bisa sedikit terbatas dalam kemampuannya.
• Radio frekuensi (RF) tidak memerlukan garis pandang langsung, dapat menyampaikan daya ke kotak tahan air, adalah daya rendah (μW hingga mW) dan lebih serbaguna dibandingkan proses yang sebelumnya disebutkan.

Jaringan Sensor Nirkabel

Teknologi daya nirkabel RF unik karena menggunakan gelombang elektromagnetik radio frekuensi daripada medan magnet untuk mengisi daya perangkat. Transmiter RF menggunakan elektronik untuk menghasilkan sinyal RF. Sinyal RF dikirim ke antena, yang mentransmisikan gelombang RF ke receiver yang tertanam dalam perangkat, yang menangkapnya menggunakan antena. Mereka kemudian dikonversi menjadi DC yang dapat digunakan menggunakan chip yang tertanam. Ini memancarkan daya perangkat atau mengisi ulang baterai. Transfer daya nirkabel RF dapat dijelaskan di far-field menggunakan Persamaan Friis yang dikenal. Persamaan menunjukkan bagaimana daya yang ditransmisikan, jenis antena, dan frekuensi sinyal RF mempengaruhi daya yang diterima pada jarak yang berbeda.

Daya nirkabel RF dapat diimplementasikan sebagai spot pengisian daya di mana banyak perangkat dapat secara bersamaan diberi daya; sebagai sinar RF yang dapat dikirim langsung menuju perangkat tertentu beberapa meter dari transmiter; atau sebagai spot fokus langsung di depan transmiter. Karena ini adalah sistem dua sisi (transmisi dan terima), solusi dapat dirancang untuk sebagian besar aplikasi. Keuntungan besar dari daya nirkabel RF adalah dapat diimplementasikan dalam berbagai lingkungan dan konfigurasi yang berbeda, misalnya, fasilitas skala besar seperti hotel, kompleks perkantoran, dan kampus. Sebagian besar waktu ada area tidak terpakai di hotel, kompleks perkantoran, atau kampus, yang tidak memerlukan lampu menyala atau sistem suhu berjalan dalam kondisi stabil. Kemampuan untuk mengubah kondisi ini (tidak ada lampu menyala di beberapa ruangan tidak terpakai dan tidak memiliki AC atau sistem pemanasan menyala atau berjalan lebih jarang) dapat menciptakan fasilitas ramah lingkungan, meningkatkan pengalaman pengguna dan memberikan penghematan biaya yang signifikan.

Biasanya, jaringan sensor hanya terintegrasi saat bangunan dirancang, atau selama upaya renovasi skala besar, karena kompleksitas implementasi. Namun, jaringan sensor nirkabel (WSN) menggunakan daya nirkabel RF membuat implementasi jauh lebih mudah. Tidak perlu memasang kabel, tidak perlu mempertimbangkan masalah baterai. WSN memungkinkan sensor yang tidak terbatas, terdistribusi spasial, dan khusus untuk memantau dan melaporkan kondisi fisik lingkungan dan mengorganisir data yang dikumpulkan di lokasi terpusat.

Saat ini, WSN masih terutama bergantung pada daya baterai, yang seperti yang disebutkan, tidak sepenuhnya andal atau disukai. Namun, perkenalan mentalitas 'cut the cords' dari teknologi WSN memungkinkan sensing untuk berlangsung di luar pandangan dan di tempat yang sulit dijangkau. Integrasi pemanen energi membawa serbaguna WSN lebih jauh lagi dengan menghapus interaksi manusia setelah instalasi sehingga sistem ini dapat beroperasi terus-menerus dengan andal tanpa perlu pemeliharaan. Selain itu, meskipun pemanen energi menambahkan biaya awal awal, ROI ekonomi dari kontrol yang lebih besar adalah cepat, dan kebebasan dari pemeliharaan di masa depan (penggantian baterai) dan pengelolaan sampah memiliki efek majemuk.

Di luar pemantauan dan kontrol lingkungan, cara lain teknologi ini dapat diterapkan termasuk sistem pemindaian suhu pribadi tanpa baterai yang dirancang untuk membantu protokol COVID-19, sensing tanpa baterai di kamera bahan berbahaya atau wadah penyimpanan tempat berbahaya bagi orang untuk berada di sekitarnya, dan bahkan pelacakan suhu vaksin menggunakan peralatan RFID yang ada — praktik umum dalam sebagian besar pengaturan medis.

Permintaan untuk WSN

Seiring meningkatnya permintaan AI, demikian pula permintaan WSN. Penelitian memproyeksikan bahwa pasar jaringan sensor nirkabel global diharapkan tumbuh dengan CAGR (rata-rata pertumbuhan tahunan majemuk) melebihi 14 persen selama periode peramalan. Ukurannya dapat membesar menjadi $1,5 miliar pada 2022. WSN bermanfaat untuk banyak alasan: mereka fleksibel dan dapat disesuaikan, dapat diskalakan, dan dapat menampung perangkat baru kapan saja, dan dapat membantu penghematan biaya karena tidak ada biaya penyeberangan kabel.

Kebutuhan akan WSN akan terlihat di semua area bisnis — mulai dari ritel hingga gudang, fasilitas manufaktur dan di luarnya. Bahkan ruang publik menggunakan WSN di lampu lalu lintas, halte bus, jalan raya, lintas pejalan kaki, dan sebagainya. Gedung perkantoran menggunakan WSN untuk memantau lokasi karyawan serta pelacakan aset untuk melihat di mana laptop terletak dalam gedung. Dari termostat pintar, kunci, jendela, lampu, dan stopkontak, sepertinya semuanya terhubung saat ini, dan seiring bertambahnya perangkat pintar muncul kita akan melihat permintaan yang lebih besar untuk WSN. Mereka akan menjadi tulang punggung kota cerdas masa depan.

Daya Nirkabel RF

Meskipun ada beberapa opsi untuk daya melalui udara, RF adalah salah satu bentuk transfer daya nirkabel yang paling andal dan dapat diskalakan untuk lingkungan dalam dan luar ruangan. Secara umum, daya nirkabel lebih andal daripada pemanen energi, karena dapat diidentifikasi dan dapat diprediksi. Ini juga mudah diintegrasikan teknologi pengisian daya nirkabel RF karena tidak terbatas oleh gerakan atau penempatan yang tepat, memungkinkannya untuk menampung perangkat yang tidak dapat diatasi induksi.

Daya nirkabel adalah teknologi pengikat besok. Ini akan memberi kita fleksibilitas untuk menyebarkan WSN dengan cara di mana kita dapat membuat besok lebih cerdas, lebih aman, lebih hijau, dan lebih baik.

Artikel ini ditulis oleh Charlie Goetz, Chief Executive Officer, Powercast (Pittsburgh, PA). Untuk informasi lebih lanjut, hubungi Bapak Goetz di alamat email ini; atau kunjungi di sini.