不用電池的物聯網
物聯網,Internet of Things(IoT),借助傳感器與軟件,把實體對象連接互聯網,來收集、分析、運算、傳送信息,增加實體對象的運作功能。
這些可連網的「物」,從工業到生活越來越多,IBM最早預估2015年就會有一兆個物件連網,最近的具體估算是2018年有220億個對象連網,近年的軟硬件多設計連網功能,預估2025年會增加到380億,而2030年會成長到500億個連網物件。
數量增大,問題漸漸凸顯,因為越來越多的無線連網對象,所用能源都是電池,電池有壽命需要人工更換,尤其在工業上,許多傳感器受制于電池而降低功能,例如減少數據傳送延長電池壽命,或受電池大小或重量的限制減低功能,最怕是正當重要運作,電池突然減弱,更不用說長期使用電池對身體健康有害,對環境造成污染。
2017年京都超大型集體電路會議,有人提出工業用無線網絡電池壽命達十年的論文,可見早有人預見電池問題。
看起來物聯網的問題不在「網」,而在「物」,也就是物的能源。生活上小的電器換個電池不是一回事,在工業上卻是大事,有時候更換的成本大于電池,如果一個工廠連網對象的數量很多,更換電池可能疲于奔命。
有人用IBM一兆件連網物、一兆個電池,做有趣的比喻,就算電池有十年壽命,那每天也要更換2億7千萬個電池,如果電池壽命沒有十年、僅有兩年,那全球每個人每隔五天,就要去什么地方幫忙換個電池。
兩位MIT的同學,Ben Calhoun與Dave Wentzloff,現在分別是美國維吉尼亞與密西根大學的教授,也是Everactive公司的創辦人,他們的專長是超低功耗電路(Ultra Low Power Circuits)的研究,認為物聯網的擴大只有一種方式,就是不用電池,改以超低功耗的電路設計,與超低功耗的無線網絡。
這樣與互聯網銜接,不但耗電量小,而且能自動從周遭環境,如室內陽光、熱能變化、無線電波、振動等取得能源,成為自帶動能的設備。
這個設備首先用在蒸氣祛水器(Steam Trap)的監視,蒸氣雖然是很久的技術,但工業上仍多處用來制造能源,祛水器排除蒸氣管路的冷凝水,使管路中的蒸氣順暢運作,如果故障,不但浪費能源,嚴重時導致停機,甚至有爆炸的危險。這些祛水器有的深埋地下、有的安裝高層樓,維護極為不易。
兩位教授的超低功耗無線網絡傳感器,吸引了制造祛水器的Armstrong公司,合作發展物聯網的蒸氣祛水監視器,就在去年為一座工廠安裝了1,200個物聯網祛水監視器,為廠家節省了250萬美元的能源費,也減少34,000噸CO2的排放,等于7,000輛汽車從路上消失一年,也同時免于6,000萬加侖(2億2,700萬公升)的水流失。
不用電池,不僅省事,也是讓大家快樂的一件事,當RFID出現用在很多卡片上,對著門一晃,門就開了,感覺進入了先進的數字時代。
手機已經成為我們身體的另一個器官,讓我們成為人機同體的未來人,卻要讓我們忍受不停的充電,不知超低功耗的組件能不能放進手機,在電力不足時還能維持基本運作,這當然是外行話。不過消費電子、特別是連網的穿戴精品,像是項鏈、耳環、手表,應是另一市場。
盡管如此,兩位教授現在更關切疫后的經濟復蘇,疫情使人力減少,在重新評估新的營運之際,更需要對不容易取得信息的異地實時掌控。
Calhoun教授說,我們相信未來所有的環境與資產,都會被妥善的監控,提供足夠的信息給計算機運算,讓世界更有效率、更安全,讓生活更美好。而我們Everactive公司,要成為這一愿景的一員,不需電池的技術,正朝著這一方向進展。