RFワイヤレスパワーがセンサーネットワークのユビキタスを解き放ちます

私たちはAI（人工知能）の爆発の時代にいます。冷蔵庫から犬のボウルまで、すべてがAIニューロンネットワークの一部になります。ソフトウェア、ハードウェア、サービスを含むAI市場の世界的な収益は、2021年には前年比16.4％増の3,275億ドルになると予測されており、2024年までに市場は5,000億ドルを超えると予想されています。

これらの数字は印象的ですが、AIは、さまざまなソースからの一定のデータストリームを供給できる場合にのみ、その潜在能力を最大限に発揮します。価値の高いAI出力を可能にする速度でデータを収集するには、ユビキタスセンサーネットワークを導入する必要があります。センサーは、AIシナプスを発射するニューロンです。これらの相乗効果は、出力の頻度と品質に不可欠です。

過去数年にわたって、センサーはIoTのフレームワークとしての地位を確立し始めました。 2022年には、モーションセンサーが世界のIoT対応センサー市場の8.35％を占めると予想されています。有効なセンサー市場によって生み出される総収益は、2022年に560億ドルに達すると推定されています。

センサーネットワークは、価値の高いAIの採用と実現を真にサポートできるようにするために、拡大を続ける必要があります。ただし、センサーネットワークのスケーラブルな拡張は、電源へのアクセスが必要なため、配置の制限によって抑制されています。では、どうすれば「ライトをオンにしてニューロンを発火させ続ける」ことができるのでしょうか。

歴史的に、センサーはワイヤーやバッテリーから電力を供給されてきました。ただし、これらのオプションには両方とも制限があります。ワイヤは、配線に費用がかかり、多くの場合制限があります。ケーブルの長さに制限があり、破損点が発生する可能性があります。バッテリーの寿命は限られています。それらは定期的に交換する必要があり、使用すると廃棄されます。要するに、それらは必要なタイムサイクルに対して信頼できません。それらは反復的なコストであり、環境的に持続不可能です。

従来の電力の代替手段

ワイヤーとバッテリーの代わりに、エネルギーハーベスティング（利用可能なエネルギーを取得）があります。または、ワイヤレス充電（デバイスにワイヤレスで電力を供給するためのエネルギーを生成）。これは、予測可能な外部エネルギー源からエネルギーを取得し、キャプチャして、ワイヤレスセンサーネットワークで使用されるような小型のワイヤレス自律型デバイスを含むアプリケーション用に保存するプロセスです。

ワイヤレス充電には多くの方法がありますが、簡単に説明します。

• バイブレーション 振動エネルギーを電気エネルギーに変換するという概念です。この方法は、振動する機械にのみ理想的です。

• UV / IR エネルギーが適切に機能するには、送信機と受信機の間に直接見通し線が必要です。障害物があると、受信機に電力が届きません。

• 気 誘導充電であり、ワット数の電力を提供しますが、送信機と受信機が数ミリメートル離れているアプリケーション専用です。デバイスの配置は非常に制限されています。

• 太陽と風、 ほとんどの場合、屋外にある必要があるため、構築にコストがかかる可能性があり、その機能が少し制限される可能性もあります。

• 無線周波数 （RF）は、直接の見通し線を必要とせず、防水エンクロージャーに電力を供給でき、低電力（μWからmW）であり、前述のプロセスよりも用途が広いです。

ワイヤレスセンサーネットワーク

RFワイヤレス電力技術は、磁場ではなく無線周波数の電磁波を使用してデバイスを充電するという点で独特です。 RF送信機は、電子機器を使用してRF信号を生成します。 RF信号はアンテナに送信されます。アンテナはRF波をデバイス内に埋め込まれた受信機に送信し、受信機はアンテナを使用してRF波を受信します。次に、組み込みチップを使用して使用可能なDCに変換されます。これにより、デバイスに電力が供給されるか、バッテリーが再充電されます。 RFワイヤレス電力の転送は、よく知られているフリース方程式を使用して遠方界で説明できます。この式は、送信電力、アンテナのタイプ、およびRF信号の周波数が、さまざまな距離で受信電力にどのように影響するかを示しています。

RFワイヤレス電力は、複数のデバイスに同時に電力を供給できる充電スポットとして実装できます。送信機から数メートル離れた特定のデバイスに直接送信できるRFビームとして。または送信機の真正面に焦点を合わせたスポットとして。これは両面システム（送信と受信）であるため、ほとんどのアプリケーション向けにソリューションを設計できます。 RFワイヤレス電力の大きな利点の1つは、ホテル、オフィス複合施設、キャンパスなどの大規模施設など、さまざまな異なる環境と構成で実装できることです。ほとんどの場合、ホテル、オフィス複合施設、またはキャンパスの空いているエリアがあり、ライトをオンにしたり、温度システムを定常状態で実行したりする必要はありません。これらの条件を変更する機能（特定の空いている部屋でライトをオンにせず、ACまたは暖房システムを起動または実行する頻度を減らす）は、環境に優しい施設を作成し、ユーザーエクスペリエンスを向上させ、大幅なコスト削減を実現します。

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通常、センサーネットワークは、実装が複雑なため、建物が設計されたとき、または大規模な改造作業中にのみ統合されます。ただし、RFワイヤレス電力を使用するワイヤレスセンサーネットワーク（WSN）を使用すると、実装がはるかに簡単になります。ワイヤーを配線する必要はなく、バッテリーの問題を考慮する必要もありません。 WSNを使用すると、環境の物理的状態を監視および報告し、収集したデータを一元化された場所に整理するための、制限のない、空間的に分散した専用のセンサーが可能になります。

今日でも、WSNは主にバッテリー電源に依存していますが、前述のように、完全に信頼できるわけでも、好ましいわけでもありません。しかし、WSN techの「コードを切る」という考え方の導入により、見えない場所や手の届きにくい場所でセンシングを行うことができます。環境発電を統合することで、設置後の人的介入を排除することでWSNの多様性をさらに一歩前進させ、これらのシステムがメンテナンスを必要とせずに継続的に確実に動作できるようにします。さらに、環境発電は初期の初期費用を追加しますが、より高度な制御による経済的なROIは迅速であり、将来のメンテナンス（バッテリーの交換）や廃棄からの解放は複合的な効果をもたらします。

環境の監視と制御以外に、このテクノロジーを適用できる他の方法には、COVID-19プロトコルを支援するように設計されたバッテリー不要の個人用温度スキャンシステム、個人が周囲にいるのが危険な危険物室または保管容器でのバッテリー不要の検知が含まれます、さらには既存のRFID機器を使用したワクチンの温度追跡—ほとんどの医療現場で一般的な方法です。

WSNの需要

AIの需要が増えると、WSNの需要も増えます。調査によると、世界のワイヤレスセンサーネットワーク市場は、予測期間中に14％を超えるCAGR（複合年間成長率）で成長すると予測されています。そのサイズは2022年までに15億ドルに膨れ上がる可能性があります。WSNは多くの理由で有益です。WSNは柔軟性と適応性があり、スケーラブルで、いつでも新しいデバイスに対応でき、配線コストがないためコスト削減に役立ちます。

WSNの必要性は、小売から倉庫、製造施設など、あらゆるビジネス分野で見られます。公共スペースでさえ、信号機、バス停、高速道路、横断歩道などでWSNを利用しています。オフィスビルは、WSNを使用して従業員の場所を監視し、資産追跡を使用して、ラップトップが建物内のどこにあるかを確認しています。スマートサーモスタット、ロック、ブラインド、ライト、プラグから、最近はすべてが接続されているように見えます。スマートデバイスが増えるにつれて、WSNに関する問い合わせがさらに増えるでしょう。それらは、明日のスマートシティのバックボーンになります。

RFワイヤレス電力

無線電力にはいくつかのオプションがありますが、RFは、屋内環境と屋外環境の両方で最も信頼性が高くスケーラブルなワイヤレス電力伝送の形式の1つです。一般に、ワイヤレス電力は識別可能で予測可能であるため、環境発電よりも信頼性が高くなります。また、RFワイヤレス充電テクノロジーは、動きや正確な配置によって制限されないため、簡単に統合でき、誘導では不可能なデバイスに対応できます。

ワイヤレス電力は、明日の実現技術です。これにより、明日をより賢く、より安全に、より環境に優しく、より良くすることができる方法でWSNを展開する柔軟性が得られます。

この記事は、Powercast（ペンシルベニア州、ピッツバーグ）の最高経営責任者であるCharlieGoetzによって書かれました。詳細については、Goetz氏にお問い合わせください。このメールアドレスはスパムボットから保護されています。表示するにはJavaScriptを有効にする必要があります。;または、こちらにアクセスしてください 。