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[사물인터넷] 인터넷에 연결된 초소형 전자 장치는 유비쿼터스화되고 있다. 소위 사물인터넷(IoT)을 통해 가정의 스마트 장치와 스마트 시계와 같은 웨어러블 기술이 함께 통신하고 작동할 수 있다. IoT 장치는 4차 산업 혁명의 일부로 상호 연결 및 스마트 자동화를 추진하기 위해 모든 종류의 산업에서 점점 더 많이 사용되고 있다. 사물인터넷을 통해 가정의 스마트 장치와 스마트 시계와 같은 웨어러블 기술이 함께 통신하고 작동할 수 있다.

https://www.impactlab.com/2022/10/31/battery-free-smart-devices-to-harvest-ambient-energy-for-iot/

JM Kim | 기사입력 2022/11/03 [00:00]

[사물인터넷] 인터넷에 연결된 초소형 전자 장치는 유비쿼터스화되고 있다. 소위 사물인터넷(IoT)을 통해 가정의 스마트 장치와 스마트 시계와 같은 웨어러블 기술이 함께 통신하고 작동할 수 있다. IoT 장치는 4차 산업 혁명의 일부로 상호 연결 및 스마트 자동화를 추진하기 위해 모든 종류의 산업에서 점점 더 많이 사용되고 있다. 사물인터넷을 통해 가정의 스마트 장치와 스마트 시계와 같은 웨어러블 기술이 함께 통신하고 작동할 수 있다.

https://www.impactlab.com/2022/10/31/battery-free-smart-devices-to-harvest-ambient-energy-for-iot/

JM Kim | 입력 : 2022/11/03 [00:00]

4차 산업 혁명은 연결된 장치, 인공지능, 로봇 공학 및 3D프린팅과 같이 이미 널리 보급된 디지털 기술을 기반으로 한다. 사회, 경제, 문화에 혁명을 일으키는 중요한 요소가 될 것으로 기대된다.

 

이 작고 자율적이며 상호 연결되고 종종 무선 장치는 우리가 더 많은 자원과 에너지 효율적이고 조직적이며 안전하고 건강하도록 도와줌으로써 이미 일상 생활에서 핵심적인 역할을 하고 있다.

 

그러나 이러한 작은 장치에 전원을 공급하는 방법이 핵심 과제이다. 분명한 대답은 "배터리"이다. 그러나 그것은 그렇게 간단하지 않다.

 

소형 장치

 

이러한 장치 중 대부분은 수명이 긴 배터리를 사용하기에는 너무 작으며 원격 또는 접근하기 어려운 위치에 있다. 이러한 유형의 위치는 일부 IoT 장치를 서비스하는 것을 극도로 어렵고 상업적으로나 물류적으로 불가능하게 만든다.

 

아일랜드 Tyndall National Institute의 에너지 효율 ICT 책임자 Mike Hayes는 시장을 요약한다. 그는 "2025년까지 전 세계적으로 1조 개의 센서가 있을 것으로 예상된다" "1000억 개의 센서가 있는 것"이라고 말했다.

 

Horizon이 자금을 지원한 EnABLES 프로젝트(사물 인터넷을 지원하는 유럽 인프라)의 코디네이터인 Hayes에 따르면 그 숫자는 처음 보이는 것만큼 미친 것이 아니다.

 

누군가가 휴대하거나 자동차, , 사무실에 가지고 있을 수 있는 기술의 센서와 도로 및 철도와 같은 주변 인프라에 내장된 센서에 대해 생각하면 그 숫자가 어디에서 왔는지 알 수 있다고 그는 설명했다.

 

배터리 수명

 

쓰레기 매립지가 환경 문제만 있는 것은 아니다. 또한 배터리를 만드는 모든 재료가 어디에서 올 것인지 고려해야 한다. EnABLES 프로젝트는 배터리가 장치의 수명을 제한하지 않도록 IoT 장치를 설계할 때 처음부터 배터리 수명에 대해 생각할 것을 EU 및 업계 리더에게 요청하고 있다.

 

Hayes '우리는 장치를 영원히 사용할 필요가 없다.' 비결은 서비스 중인 애플리케이션보다 오래 살아남아야 한다는 것이다. 예를 들어, 산업용 장비를 모니터링하려는 경우 해당 장비가 5년에서 10년 동안 지속되기를 원할 것이다. 그리고 어떤 경우에는 어쨌든 3년에 한 번씩 정기 서비스를 해준다면 배터리가 3~4년 이상 지속되면 충분할 것이다.'

 

많은 장치의 작동 수명이 10년 이상이지만 무선 센서의 배터리 수명은 일반적으로 1~2년에 불과하다.

 

배터리 수명을 연장하기 위한 첫 번째 단계는 배터리에서 공급되는 에너지를 늘리는 것이다. 또한 장치의 전력 소비를 줄이면 배터리가 길어진다. 그러나 EnABLES는 더 나아가고 있다.

 

이 프로젝트에는 11개의 주요 유럽 연구 기관이 참여한다. 다른 이해 관계자와 함께 EnABLES는 빛, 열 및 진동과 같은 작은 주변 에너지를 수확하는 혁신적인 방법을 개발하기 위해 노력하고 있다.

 

이러한 에너지를 수확하면 배터리 수명이 더욱 연장된다. 목표는 더 오래 지속되거나 궁극적으로 자율적으로 작동하는 자체 충전 배터리를 만드는 것이다.

 

에너지 수확기

 

Hayes에 따르면, 적은 양의 전력(밀리와트 범위)을 생성하는 소형 진동 수확기 또는 실내 태양 전지판과 같은 주변 에너지 수확기는 많은 장치의 배터리 수명을 크게 연장할 수 있다. 여기에는 시계, 무선 주파수 식별(RFID) 태그, 보청기, 이산화탄소 감지기, 온도, 빛 및 습도 센서와 같은 일상 용품이 포함된다.

 

EnABLES는 또한 소형 IoT 장치에 필요한 다른 핵심 기술을 설계하고 있다. 이 프로젝트는 에너지 효율성 향상에 만족하지 않고 이러한 장치에 대한 프레임워크와 표준화되고 상호 운용 가능한 기술을 개발하려고 노력하고 있다.

 

자율적으로 구동되는 IoT 도구의 주요 과제 중 하나는 전원 관리이다. 에너지원은 간헐적이고 매우 낮은 수준(마이크로와트)일 수 있으며, 다른 수확 방법은 전기로 변환하는 데 다른 기술이 필요한 다양한 형태의 전력을 공급한다.

 

꾸준한 트리클

 

Huw Davies는 압전 전기 애플리케이션을 위한 전력 관리를 개발하는 회사인 Trameto CEO이다. 그는 광전지 장치의 에너지는 꾸준히 조금씩 들어오는 경향이 있는 반면, 움직임(진동)의 주변 에너지를 전기 에너지로 변환하는 압전 장치의 에너지는 일반적으로 폭발적으로 발생한다고 지적한다.

 

Davies '에너지가 부하에 전달되기 전에 해당 에너지를 매장에 로컬로 저장하는 방법이 필요하므로 이를 관리하는 방법이 필요하다.'라고 Davies가 말했다.

 

그는 OptiJoule이라는 주변 에너지에 대한 에너지 관리 시스템을 개발한 Horizon 자금 지원 HarvestAll 프로젝트의 프로젝트 조정자이다.

 

OptiJoule은 압전 재료, 광전지 및 열 전기 발전기와 함께 작동한다. 자체적으로 이러한 소스 중 하나와 함께 작동하거나 동시에 여러 에너지 수확 소스와 함께 작동할 수 있다.

 

목표는 자율 센서가 자립할 수 있도록 하는 것이다. 원칙적으로는 매우 간단하다. Davies '우리가 말하는 것은 일부 디지털 측정을 수행하는 초저전력 센서이다. '온도, 습도, 기압, 무엇이든 그 데이터를 인터넷으로 전송한다.'

 

집적 회로

 

HarvestAll 에너지 관리 집적 회로 장치는 다양한 에너지 수확기에 맞게 조정된다. 이러한 수확기에서 생성된 다양하고 간헐적인 에너지를 가져와 배터리나 축전기와 같은 저장 장치에 저장한 다음, 센서로의 안정적인 에너지 출력 전달을 관리한다.

 

EnABLES 프로젝트와 유사하게아이디어는 유럽과 세계에서 긴 배터리 수명/자율 IoT 장치의 신속한 개발을 가능하게 하는 표준화된 기술을 만드는 것이다.

 

Davies는 에너지 관리 회로가 완전히 자율적으로 자동으로 작동한다고 말했다. 에너지 하베스터(harvester) 또는 하베스터(harvester)와 센서의 조합에 꽂을 수 있도록 설계되었다. Davies에 따르면 배터리를 대체할 때 '그냥 작동하기' 때문에 상당한 이점이 있다.

 

이 기사의 연구는 EU의 지원을 받았다.

 

RoboHub.org

 

 
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