物聯(lián)網(wǎng)從環(huán)境中捕獲能量怎樣來(lái)實(shí)現(xiàn)

告訴你一個(gè)好消息，我們已經(jīng)進(jìn)入了一種可以從外部環(huán)境捕獲能量為小型設(shè)備補(bǔ)充能量的時(shí)代了。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與低功耗元件的發(fā)展，環(huán)境捕獲能量系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始從利基應(yīng)用向大規(guī)模普及了。

近日，由市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)IDTechEx舉辦的大會(huì)很清楚地傳達(dá)了這項(xiàng)想法。除了能量獲取和儲(chǔ)蓄，該會(huì)議的主題還涉及電子產(chǎn)品、可穿戴設(shè)備技術(shù)、3D打印、超級(jí)電容、石墨烯以及物聯(lián)網(wǎng)。該公司的CEO Raghu Das表示，看似大會(huì)所關(guān)心的事物毫無(wú)相干，但是它們之間有著緊密的聯(lián)系。比如可穿戴設(shè)備需要能量獲取技術(shù)，超級(jí)電容器有可能創(chuàng)建高效的方式存儲(chǔ)和釋放收獲能量，3D打印在打造原型和短期定制生產(chǎn)項(xiàng)目中發(fā)揮著重要的作用。

根據(jù)IDTechEx的數(shù)據(jù)報(bào)告，預(yù)計(jì)到2024年，能量獲取產(chǎn)業(yè)達(dá)到26億美元的市場(chǎng)規(guī)模。其主要是利用三種能量或技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，分別是機(jī)械能、熱能和電磁輻射。

采集機(jī)械能

英國(guó)公司 Perpetuum打造出能夠收集機(jī)械能的模塊（如上圖）。該模塊可以從鐵路車輪的振動(dòng)中，獲取能量。主要原理是通過(guò)震動(dòng)固定線圈中的磁鐵來(lái)為檢測(cè)鐵軌溫度的傳感器充電。位于英國(guó)的Southeastern Railways就安裝了Perpetuum公司的系統(tǒng)，涵蓋了旗下148條Electrostar火車軌道。

如果要采集運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的能量，除了電磁感應(yīng)的原理，還有別的方法，比如通過(guò)對(duì)具有壓電性的材料進(jìn)行施壓，從而產(chǎn)生電能。新的壓電性材料一直在研發(fā)中，比如伊利諾斯州大學(xué)的研究者就研發(fā)出一種很薄、具有生物相容性（可以植入活體）的壓電薄膜。合并壓電薄膜的多層設(shè)備直接安裝到人類心臟的表面，作為一種電力起搏器。其實(shí)，壓電薄膜可以大規(guī)模地應(yīng)用，從而收集運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的能量。比如，2012年夏季奧運(yùn)會(huì)期間，倫敦地鐵站的一部分的人行道照明的電量來(lái)自乘客對(duì)人行道瓷磚的踩踏。

采集熱能

IDTechEx的分析師看好熱電系統(tǒng)的發(fā)展前景。該系統(tǒng)能夠?qū)⒍嘤嗟臒崮苻D(zhuǎn)化為電能。雖然熱電系統(tǒng)已經(jīng)存在了幾十年，但是，現(xiàn)在的發(fā)展前景更為明朗，因?yàn)樾碌墓虘B(tài)熱電設(shè)備可以通過(guò)更小的溫差獲得電能。在此次大會(huì)上，該公司的分析師預(yù)測(cè)，熱電市場(chǎng)規(guī)模將會(huì)在2016年達(dá)到9500萬(wàn)。

雖說(shuō)汽車領(lǐng)域是一個(gè)明顯的目標(biāo)，但工業(yè)級(jí)別應(yīng)用更有可能推動(dòng)熱電市場(chǎng)的增長(zhǎng)。由生產(chǎn)設(shè)備所產(chǎn)生的余熱為無(wú)線傳感器充電，消除了電力和通訊線路的繁雜步驟，可以降低安裝和維護(hù)成本。

采集電磁輻射

也許最神奇的能量收集方法是利用周圍環(huán)境中的電磁輻射。這也不是一個(gè)新想法，早前， Crystal收音機(jī)曾經(jīng)風(fēng)靡流行，如今光電管和RFID標(biāo)簽更受歡迎。但是，這種能量收集的技術(shù)可以更進(jìn)一步。我們可以通過(guò)環(huán)境中不同的無(wú)線電電磁輻射獲得能量。西班牙紡織研究協(xié)會(huì)Aitex與其他研究者合作，研發(fā)出內(nèi)置小天線而且能夠直接編織布料。通過(guò)這種布料的衣服可以自動(dòng)捕捉環(huán)境中的能量為我們身上的生物傳感器或者其他可穿戴設(shè)備充電。

事實(shí)上，能量獲得將會(huì)成為未來(lái)生活越來(lái)越重要的領(lǐng)域，因?yàn)樗鼘?huì)改變我們與數(shù)據(jù)、電子設(shè)備，互聯(lián)網(wǎng)，甚至自身的交互方式。