Sensor Berdaya Sendiri: Menghapus Hambatan Baterai untuk IoT Ubikuitas

27 September 2021

Mengapa Sensor Berdaya Sendiri adalah Perubah Permainan

Mengisi objek dengan perangkat komputasi yang memungkinkan mereka untuk transmisi data melalui Internet telah menjanjikan selama bertahun-tahun untuk merevolusi cara bisnis beroperasi dan individu hidup. Dan meski Internet of Things (IoT) jelas mempengaruhi kehidupan pribadi kita—melalui smartphone, termostat terhubung, pelacak kebugaran wearable, dan bahkan botol air yang memantau kebiasaan minum kita—ia telah lebih lambat mencapai ubikuitas daripada yang diprediksi para ahli, dan jauh lebih lambat dari yang diharapkan untuk melekat di bisnis industri.

Masalah Triliun Baterai

Pada 2012, IBM memprediksi 1 triliun perangkat terhubung pada 2015. Dunia tidak mendekati angka itu. Salah satu implikasi dari prediksi triliun perangkat IBM adalah volume — itu membutuhkan triliun baterai untuk menjaga triliun sensor IoT tetap mengumpulkan, menganalisis, dan mengirim data. Umur baterai telah menjadi fokus sebagian besar inovasi sejauh ini. Karya yang dipaparkan pada Simposium 2017 Sirkuit VLSI di Kyoto menggambarkan metode baru yang sedang dikerjakan industri untuk memperpanjang umur baterai untuk perangkat IoT.

Asumsikan industri akhirnya mencapai tujuannya umur 10 tahun untuk baterai IoT rata-rata. Berapa banyak baterai yang perlu diganti setiap hari di dunia triliun perangkat? Jawabnya: 273.972.603. Bahkan lebih buruk, jika industri gagal mencapai tujuan tersebut dan hanya menyediakan umur baterai dua tahun, itu berarti setiap orang di bumi (semua 7,4 miliar) mengganti baterai setiap lima hari.

Kami tidak dapat mengganti lebih dari 1 miliar baterai setiap hari. Meski dalam skenario terbaik, memungkinkan 1 triliun perangkat IoT akan memerlukan penggantian 274 juta baterai setiap hari. Dan itu mengasumsikan baterai tersebut semua mencapai umur harapan penuh 10 tahun. Jelas, ini bukan rencana yang layak.

Dapatkah Kami Mengganti 137 Juta Baterai Pertama Sebelum Makan Siang?

Mari kita taruh ini dalam istilah dunia nyata yang mencerminkan bagaimana Anda mungkin sebenarnya memanfaatkan IoT dalam bisnis Anda sendiri.

Bayangkan Anda akan menerapkan 10.000 perangkat IoT Industri di seluruh fasilitas Anda—sensor yang ditempatkan secara strategis untuk transmisi data real-time tentang kesehatan dan performa mesin dan peralatan Anda, untuk memantau suhu dan kualitas udara di berbagai sektor, untuk memeriksa toksin yang mungkin bocor, untuk meneruskan status sistem uap Anda, sistem HVAC, dan infrastruktur vital lainnya.

Asumsikan anggapan optimis umur rata-rata 5 tahun dalam baterai 10.000 tersebut, tim Anda akan mengganti sekitar 2.000 baterai setiap tahun, atau sekitar 5 setiap hari (bayangkan masalah detektor asap rumah tangga, tetapi dengan steroid). Bergantung pada jenis perangkat yang kita bicarakan, baterai itu sendiri bisa berapa harga dari beberapa dolar hingga ratusan dolar setiap untuk diganti. Bahkan lebih mengkhawatirkan adalah biaya untuk sampai ke sensor jarak jauh untuk mengganti baterai seringkali jauh lebih tinggi dari biaya baterai itu sendiri.

Semua ini membantu menjelaskan mengapa, menurut laporan 2017 yang dikutip oleh Institusi Insinyur Mekanikal, “Baterai harus dihilangkan agar Internet of Things berkembang pesat.” Ini adalah masalah paling dasar – industri fokus pada umur baterai alih-alih menghilangkan ketergantungan pada baterai sama sekali.

5 Alasan Baterai Membatasi Penerapan IIoT yang Hemat Biaya

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

Umur terbatas dapat menyebabkan celah dalam data misi-kritis
Keingkaran baterai mati dapat memiliki konsekuensi di luar sumber daya tenaga kerja dan modal marjinal yang diperlukan untuk memeriksa dan mengganti baterai. Kecuali tim yang mengawasi sensor IoT pabrik menemukan baterai mati segera dan dapat dengan cepat pergi ke sensor dan menggantinya, pabrik akan kehilangan data apa pun yang akan dikumpulkan dan ditransmisikan sensor selama waktu sengit. Untuk membuatnya lebih buruk baterai aus cepat dalam jaringan sensor nirkabel, bahkan ketika dikelola dengan hati-hati.

Karena beberapa sensor pabrik industri mencatat dan streaming data yang misi-kritis untuk keselamatan dan kepatuhan, baterai mati dapat menciptakan bahaya signifikan untuk bisnis.

Untuk menghemat daya baterai, sensor sering dikonfigurasi untuk transmisi data kurang sering
Idealnya, perangkat IoT di pabrik industri—misalnya, sensor yang ditempatkan di dekat operasi kimia fasilitas untuk memantau atmosfer secara kontinu untuk kebocoran toksin—harus transmisi data-nya sangat sering. Pembaruan beberapa kali per menit adalah ideal.

Namun setiap transmisi data menghabiskan daya. Jadi, untuk memperpanjang umur baterai, banyak sensor IoT dikonfigurasi untuk transmisi data jauh lebih sedikit sering dari yang ideal—kadang-kadang jarang sekali setiap 24 jam.

Ini dapat memberikan operator pabrik gambar yang tidak akurat tentang data yang dicatat sensor.

Dimensi fisik dapat membatasi fungsionalitas sensor
Baterai sering menjadi bagian terbesar dari sistem sensor IoT, sehingga enginering memiliki pilihan terbatas tentang baterai mana yang akan ditambahkan ke sensor mereka. Selain itu, ukuran, berat, dan dimensi baterai sering membatasi kegunaan sensor. Ini karena karakteristik fisik baterai dapat membatasi baik jenis aplikasi yang dapat dilakukan sensor dan komponen mana yang dapat coexist dengan baterai pada papan sensor, serta di mana dapat diterapkan (lokasi terembed dilarang karena perlunya penggantian baterai).

Risiko keselamatan dan kerusakan lingkungan yang mungkin
Laporan US National Institutes of Health (NIH) bahwa baterai lithium yang umum digunakan dalam sensor IoT “mungkin berkontribusi secara substansi pada polusi lingkungan dan dampak kesehatan manusia yang buruk, karena bahan yang potensial toksik.”

Penerapan berkelanjutan perangkat IoT berbasis baterai di seluruh dunia—terutama jika perangkat ini diluncurkan oleh miliaran atau puluhan miliaran seperti yang diprediksi—adalah sangat mengkhawatirkan.

Solusi Tanpa Baterai
Solusi untuk revolusi IIoT: sistem end-to-end yang mengumpulkan semua komponen yang diperlukan untuk solusi penginderaan yang sepenuhnya dibangun—dibangun di sekitar sensor IoT nirkabel yang sepenuhnya berdaya sendiri.

Teknologi inti semiconductornya yang berpaten dan jaringan nirkabel memungkinkan perangkat untuk beroperasi pada tingkat rendah energi panen sekeliling, menghasilkan cukup daya untuk mengaktifkan operasi ultra-daya rendah mereka selamanya. Sensor beroperasi terus-menerus dan tidak akan pernah membutuhkan baterai.

Energi dipanen dari beberapa sumber—termasuk solar ruangan tingkat rendah, solar luar, efek termolistrik (menangkap energi sekeliling yang dihasilkan dari gradien suhu), serta melalui getaran material piezoelektrik (seperti kristal dan keramik tertentu) dan bahkan dari gelombang radio yang berjalan melalui lingkungan. Berbeda dengan komponen elektronik “daya rendah,” tetapi tujuan tunggal lainnya yang menggunakan energi panen, perangkat sensor lengkap baru tidak hanya dapat mengumpulkan berbagai data menggunakan banyak sensor, tetapi juga memproses, menganalisis, dan mentransmisikan data itu secara nirkabel—semua pada anggaran daya tanpa baterai yang sama.

Bayangkan sistem berdaya sendiri sebagai “sensor selamanya,” karena dapat diterapkan tanpa khawatir memeriksa mereka secara fisik untuk pemeliharaan atau pemeriksaan tingkat baterai.

Masalah baterai telah menghambat adopsi Industrial Internet of Things (IIoT) dan menahan perusahaan industri dari manfaat signifikan, seperti kemampuan penginderaan serangga yang dapat menghasilkan intelijen yang dapat ditindaklanjuti yang sebelumnya tidak dapat diakses. Solusinya adalah platform penginderaan serangga terintegrasi, full-stack di mana seluruh lingkungan—sensor fisik, fungsi tangkapan dan pemrosesan data, komunikasi nirkabel, platform perangkat lunak analitik dan pelaporan—dirancang untuk beroperasi sebagai ekosistem yang sebenarnya. Inovasi ini akhirnya dapat membantu bisnis menyadari triliunan dolar nilai yang dijanjikan oleh IIoT.

Rafael Reyes saat ini adalah Direktur Pemasaran Produk di Everactive, perusahaan teknologi yang menggabungkan sensor nirkabel tanpa baterai dan analitik cloud untuk menyediakan solusi IIoT end-to-end, di mana dia mendorong strategi go-to-market yang berpusat pada pelanggan untuk produk baru dan strategi promosi untuk produk yang ada.
Rafael memiliki lebih dari 10 tahun pengalaman dalam pemasaran produk dan pengembangan produk; digabungkan dengan 5 tahun pengalaman dalam Perencanaan Strategis dan 5 tahun pengalaman dalam manajemen unit bisnis, semua dalam perusahaan B2C dan B2B.