El Internet de las cosas (IoT) se ha beneficiado mucho de dos tendencias concurrentes: la tecnología inalámbrica y la electrónica de bajo consumo. Sin ataduras y capaces de funcionar con baterías cada vez más pequeñas, los dispositivos conectados, cada vez más numerosos y variados, se instalan en más y más lugares. Sin embargo, es probable que el mercado de la IoT crezca aún más rápido y se expanda más con la introducción de dispositivos capaces de obtener su propia energía.

La conectividad inalámbrica ha facilitado el uso de ciertos artículos en más lugares. Las cámaras de seguridad se han conectado durante mucho tiempo a través de redes cableadas, pero al hacerlas inalámbricas se han podido instalar en muchos más lugares. Todo el sector del seguimiento de activos y la información recabada durante el tránsito de un objeto no sería posible en absoluto sin la tecnología inalámbrica alimentada por baterías.
Algunos productos, como las combinaciones de timbre y cámara, no tendrían éxito si no pudieran conectarse de forma inalámbrica y funcionar con pilas.

Uso de las pilas
Las pilas representan la energía portátil, y como tal han demostrado ser infinitamente útiles. A lo largo de las décadas, muchos productos electrónicos se han ido miniaturizando y necesitando cada vez menos alimentación. Los productos que antes necesitaban varias pilas D relativamente grandes acabaron funcionando bien con pilas AA o AAA. Algunos de ellos pueden funcionar ahora durante largos periodos con pilas de botón.
Muchos de estos productos forman parte del IoT: registradores de actividad física, altavoces inteligentes, localizadores, sistemas de control del tráfico, las cámaras y los timbres antes mencionados.
Pero las pilas se agotan y luego hay que deshacerse de ellas: reciclarlas o tirarlas a la basura.

Inconvenientes de las pilas
Cada año se venden en EE.UU. unos 5.000 millones de pilas secas, según la Agencia de Protección del Medio Ambiente (EPA), responsable del seguimiento de los residuos sólidos y los peligros potenciales de los desechos. En Europa se venden hasta 8.000 millones al año, según varias fuentes. Por inferencia, cada año se desechan varios miles de millones de pilas secas.
Casi todos los tipos de pilas incluyen materiales que pueden ser tóxicos, pero no siempre es fácil o barato reciclar las pilas, por lo que su reciclaje en todo el mundo es, en el mejor de los casos, irregular. Por ejemplo, según una estimación, en Europa sólo se recicla la mitad de las pilas desechadas. Los niveles actuales de residuos y contaminación son insostenibles.
Y mientras tanto, el mundo despliega cada vez más dispositivos IoT. Según IoT Analytics, en 2022 se habían desplegado 14.400 millones de dispositivos IoT, y la empresa prevé que esa cifra se duplique en 2027. Ya sea en un entorno doméstico o industrial, a medida que estos dispositivos IoT aumentan, también lo hacen sus costes y esfuerzos de sustitución. Algunas de las aplicaciones más nuevas y ambiciosas del IoT proponen el uso de grandes conjuntos de sensores para controlar actividades a gran escala, desde la agricultura hasta la automatización industrial.

Fuente: Phys.org

Recolección de energía
Estos dispositivos IoT son candidatos a recibir energía de las baterías, pero resulta que muchos podrían no necesitarla. Algunos sensores sólo necesitan las minúsculas gotas de energía que el universo les proporciona gratuitamente.
En estos casos, la captación de energía es una posibilidad atractiva. El concepto básico es captar energía de algún fenómeno natural, en algunos casos, de múltiples fuentes de energía y convertirla en electricidad.
Por definición, la energía solar y la eólica se consideran captación de energía. Ambas pueden alcanzar los megavatios, pero para los dispositivos IoT en el extremo distante de la red, la necesidad puede medirse en milivatios e incluso en microvatios, y eso significa que pueden considerarse muchos otros fenómenos físicos.

Tipos de recolección de energía
Sin duda, la energía fotovoltaica (FV) es una opción para los dispositivos IoT de potencia ultrabaja. Las celdas fotovoltaicas clásicas, las mismas que se utilizan en los paneles solares, siguen siendo una opción, pero se están desarrollando tecnologías fotovoltaicas alternativas, incluidas algunas basadas en compuestos manufacturados que imitan la fotosíntesis

Las celdas fotovoltaicas modernas han mejorado mucho la densidad de potencia y pueden funcionar tanto en exteriores como en interiores para recargar baterías o bancos de supercondensadores.
Los generadores termoeléctricos pueden aprovechar las pequeñas diferencias de temperatura para captar microvatios de cualquier fuente, desde maquinaria industrial hasta el cuerpo humano. En algunas aplicaciones, también se puede aprovechar la fuente de energía de las vibraciones de corriente alterna.
Los materiales piezoeléctricos generan energía cuando se deforman. Las aplicaciones en las que el movimiento físico es casi constante podrían beneficiarse de la recolección de energía de esta manera, por ejemplo, los vehículos de motor. Muchos de los principales fabricantes de interruptores de luz para casas y edificios inteligentes están incorporando esta captación de energía piezo-cinética a su línea de interruptores de luz móviles sin batería.
Otras tecnologías de captación de energía que se están utilizando son las nuevas empresas de alta tecnología que utilizan la inducción eléctrica y magnética para captar campos de electricidad comparativamente grandes para alimentar sensores y radios en lugares remotos.

Fuente: Survey of Energy Harvesting Technologies for Wireless Sensor Networks

Energía ambiental
Los fabricantes de dispositivos IoT de consumo ultrabajo que quieren funcionar sin batería recurren a las tecnologías de captación de energía, en parte porque no existe una infraestructura para alimentar estos dispositivos.

Pero, ¿y si existiera? ¿Y si existiera algo similar a la carga inalámbrica de smartphones, como Qi, pero con un alcance de metros en lugar de centímetros? La fácil disponibilidad de diminutas antenas rectificadoras (rectennas) ha animado a algunos a investigar la creación de esquemas estandarizados de alimentación inalámbrica.
Hay varios esquemas en fase de desarrollo, que suelen depender de la transmisión por radiofrecuencia sub 2.4 GHz. De momento, los dispositivos más próximos a comercializarse son las aplicaciones industriales para maquinaria de automatización de fábricas, seguimiento de equipos de almacén, etiquetas de activos sin batería y etiquetas electrónicas para estanterías, porque estos entornos permiten la instalación de pasarelas de transmisión de energía por RF. Imagínese el futuro del hogar inteligente si todos los routers y pasarelas de dispositivos inteligentes transmitieran también energía de RF. El mercado pronto podría verse inundado de cepillos de dientes eléctricos, etiquetas para llaves, teclados, auriculares, ratones de ordenador y mucho más.

De cara al futuro
El futuro del IoT no podrá crecer al ritmo previsto si sigue dependiendo de las baterías. Muchos casos de uso aún no están aprovechando todo su potencial inalámbrico: los expertos en este ámbito están mejorando continuamente las pilas inalámbricas IoT en el marco de alianzas, pero es necesario revisar la fuente de alimentación fundamental.
Además, a medida que más y más empresas y gobiernos imponen incentivos ecológicos, el único camino a seguir es replantearse la batería tal y como la conocemos.

Autor:  Tristan Cool, Product Marketing Manager – Industrial, Silicon Labs

Análisis IoT