DARPA przyspiesza badania nad sensorami o ultramałej mocy

Jednym z największych wyzwań, przed którymi stoją projektanci urządzeń IoT, jest zapewnienie im stabilnego źródła zasilania, odpowiadającego profilowi urządzenia. W przypadku urządzeń domowych lub wykorzystywanych w innych niewielkich przestrzeniach zasilanie nie jest aż tak dużym problemem - jest to bateria, która może zostać łatwo wymieniona lub akumulator. Problem staje się znacznie poważniejszy w największych aplikacjach, takich jak czujniki wykrywające aktywność sejsmiczną, pogodową czy aktywność wojskową na dużym obszarze. Ze względu na rozmieszczenie sensorów na bardzo dużych powierzchniach, wymiana baterii staje się nie tylko uciążliwa, ale również kosztowna, a czasami praktycznie niemożliwa. W niektórych przypadkach, takich jak wspomniane monitorowanie aktywności wojskowej, wymiana baterii może być również poważnym zagrożeniem dla życia ludzkiego - osoby odpowiedzialne za to zadanie często muszą znaleźć się w niebezpiecznych rejonach.

Uśpione sensory oszczędzają energię

Najbardziej oczywistym rozwiązaniem, mającym na celu usprawnić długość pracy urządzenia na pojedynczej baterii wydaje się zmiana źródła zasilania na wydajniejsze. Niestety, niewielkie rozmiary sensorów nie zawsze na to pozwalają. Stąd trwa walka o najmniejszy pobór mocy. Stworzone przez DARPA czujniki pozostają w stanie uśpienia, uruchamiając się jedynie po wykryciu właściwego bodźca, takiego jak między innymi wibracji, dźwięku, zmiany temperatury, sygnatury akustycznej poszczególnych typów pojazdów czy sygnatury radiowej określonych protokołów komunikacyjnych.

Według DARPA rozwiązanie to pozwoliło zwiększyć czas pracy urządzeń na jednej baterii do nawet 4 lat w aplikacjach o dużym rozproszeniu i niekorzystających z infrastruktury sieci mobilnych, a więc tam, gdzie dystans między czujnikami jest kilometrowy. Kluczowym elementem jest procesor Arm M0N0, który w trybie uśpienia zużywa jedynie 10 nW. Bazuje on na pamięci ROM, do której dostęp nie jest tak kosztowny energetycznie jak w przypadku Flash.

 

Rys. 1. Czas działania pokrywany przez N-Zero w funkcji współczynnika czasu aktywności

 

Rys. 2. Pobór mocy, czasy działania w zależności od technologii dla zasilania baterią guzikową 30 mAh

Prawdziwy Internet Rzeczy

Poza głównym wojskowym zastosowaniem tej technologii N-Zero może znacząco przyczynić się do dalszego rozwoju IoT. Jak wspominają naukowcy z DARPA, obecny stan IoT nie jest jeszcze tym, co pierwotnie zakładała ta definicja. Możemy podłączyć do sieci urządzenia, które już są zasilane, takie jak lodówka czy telewizor, lub które trzeba ładować codziennie albo co kilka dni, jak telefon komórkowy. Niemniej prawdziwy Internet Rzeczy powinien składać się również z sieci połączonych urządzeń niewymagających ładowania ani źródła zasilania.

DARPA pod ponad dekady bada możliwości zasilania za pomocą energy harvesting - pozyskiwania energii ze źródeł energii wolno dostępnej (światła, siły wiatru, energii fal elektromagnetycznych czy wibracji). Podczas gdy sama technologia jest już szeroko używana w wielu aplikacjach, energia uzyskiwana w ten sposób nie jest wystarczająca do zasilania tak dużych sieci i niekorzystających z komunikacji dostępnej jako infrastruktura sieciowa, jak wspomniane wcześniej sensory pogodowe, aktywności militarnej czy sejsmicznej. W połączeniu jednak z algorytmami stworzonymi w ramach programu N-Zero istnieje realna szansa na utworzenie w pełni niezależnych od baterii sieci sensorów już w najbliższych latach. (PM)