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从自然中汲取的能量 可为物联网设备供电

越来越多的初创企业开始从环境资源中提取少量能源,希望能在不影响生态平衡的前提下为全面普及的物联网传感器提供电力。

从自然中汲取的能量 可为物联网设备供电

无线能源传输并不是什么新鲜概念,只是最初的设计思路比目前的实际能力高出几个数量级。早在十八世纪九十年代,著名发明家尼古拉·特斯拉就提出过通过大气传输电力的想法。

特斯拉通过利用空气无距离传输电力抱有浓厚兴趣,并于1899年在科罗拉多州斯普林斯进行了一次早期实验。实验中,他使用一部直径达15.8米的放大发射器,成功将闪电弧发射至130英尺的空中。

到二十世纪之交,出生于塞尔维亚工程师在纽约肖勒姆建造起沃登克里弗塔。虽然最初用途是为了跨大西洋进行电报信息传输,但特斯拉计划进一步扩大沃登克里弗塔的覆盖范围,从而构建起有史以来第一套无线电力传输系统。但由于银行业巨头兼项目支持者摩根大通在紧要关头放弃了资金援助,特斯拉被迫于1906年放弃了这个野心勃勃的项目。

特斯拉还曾经提出更为夸张的计划,打算开发出一套纵贯全球的电力系统,免费为各个地区提供电力。很显然,这个目标一直没能实现。

位于长岛的沃登克里弗塔这长征路上的第一步就没能成功,后续计划自然也就没了下文。最终,这座废弃的高塔于1917年被彻底拆除。

在接下来的一百年内,电力的无线传输就只存在于科幻小说当中。直到特斯拉首次提出这个概念的115年之后,无线能量收集初创业务重新成为关注的焦点,人们意识到利用它在极短距离内为专门的工业及消费级设备提供电力似乎切实可行。

与特斯拉当初失败的梦想相比,大多数初创企业都强调从细微处着手。除了新西兰的Emrod公司之外,大部分能量收集企业都专注于从无线电波、Wi-Fi、超声波乃至其他环境源处收集少量电能。

凭借着最近刚刚完成的5000万美元C轮风险融资,Everactive公司已经成为能量收集浪潮中的佼佼者。这家由3M与爱立信于2021年7月29日注资1600万美元战略资金的年轻公司,在本轮融资中再次证明了自己的市场号召力。而且自2012年6月成立以来,他们已经拿到超过1.14亿美元投资。

这家原名PsiKick的初创企业已经开发出一种无电池传感器(在公司的技术简介中被称为EverSensor),能够从室内外阳光、热梯度、射频、振动等当中收集能量。Everactive的最新芯片生产技术能够提供最多250米的无线非视距传递能力,长度接近三个足球场。

Everactive公司希望能把自己的产品融入传统工业物联网(IIoT)领域。他们宣称,自己的传感器在5分钟内就能快速安装在蒸汽疏水阀上,而且一个网关就能支持1000个此类传感器的正常运行。该公司的未来目标,是通过不断迭代持续缩小无电池传感器的体积。

总部位于比利时的e-peas S.A.公司则能够从多种光源(太阳、灯光及室内自然光照明)、大型热源、振动元件以及各类射频频段(868 Mhz、915 Mhz、2.4 GHz等)当中收集能量。与Everactive一样,e-peas的技术同样基于其硅芯片,但他们提供多种不同微芯片选项以收集各种形式的能量,包括专门针对光照、振动与无线电波设计的定制芯片。

截至目前,这家半导体企业已经获得1380万美元资金。他们还与SODAQ等厂商合作,后者开发出一种采用epeas AEM10941芯片的太阳能物联网资产跟踪器。

另外,来自荷兰的初创企业Nowi Energy也已经获得1050万欧元的风险投资,领投方正是总部位于荷兰的投资公司Disruptive Technology Ventures。

Nowi的开发成果是NH2能源收集电源管理集成电路(IC)。他们与华为旗下芯片部门海思半导体开展合作,将H2与海思的NB-IoT解决方案相结合。

Nowi还与Murata Manufactruing及Nordic Semiconductor等公司保持合作,将其电源管理芯片与各类低功耗广域(LPWA)规范相结合,从而为LoRaWAN、SigFox、LTE-M以及NB-IoT提供支持。

该公司的NH2产品属于当前正式在售的最小能源收集集成电路之一,适用于各类工业物联网传感器、电子货架标签(ESL)以及电视遥控器等场景。Nowi芯片能够从光照或振动中获取能量,但无法同时利用这两种能量源。

尽管新冠疫情的阴云仍笼罩着全球众多工业部门,但这并没有妨碍能量收集初创企业的兴旺发展。8Power、Quester以及Wiliot等年轻公司都拿到了可观的资金支持。未来,也许会有更多能量收集初创企业出现在我们的视野当中,并得到资本市场的重视与青睐。

其中的理由也很明显:将电池从工业体系当中剔除出去,能够大大降低运营成本并缩短人为维护时间。此外,在工业与消费级环境中使用无电池设备,还有望显著减少废旧电池给地球带来的生态压力。据估计,仅在美国,每年被丢弃的旧电池就多达30亿块。

例如,Everactive就认为,如果在整个基础设施当中部署1000台由电池供电、用于传输设备健康状况实时数据的工业物联网传感器,那么随着时间推移,运营团队每年需要更换约2000块电池。这些传感器中将有相当一部分位于维护与检修难度较大的位置,这会进一步增加更换化学电池的时间和费用。

我们正处于物联网能量收集业态的早期发展阶段。单纯采用太阳能蒸汽疏水阀传感器并不能节约太多能量、也阻止不了电池在世界范围内的广泛应用。从肆虐的野火到降水模式的剧烈变化,人类赖以生存的环境也仍然面对着气候变化的严峻考验。但无论如何,我们必须尽快行动起来,而能源收集这一基本概念也许会成为奠定未来绿色生态之路的基石之一。

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