能量收集芯片？未來物聯(lián)網(wǎng)真正的核心技術(shù)

如果你能夠想象一個(gè)到處都是傳感器的世界，它們無處不在，墻里面、路下面和任何物品內(nèi)部，但悲催的是，每隔六個(gè)月或一年，你就得幫這些傳感器換電池。即使我們制造出再多能夠運(yùn)用到傳感器的產(chǎn)品，我們?nèi)匀皇芟抻陔姵氐睦m(xù)航能力。不過像高通、德州儀器、ARM 和其他硬件科技巨頭，都在盡力研制可以自行供能的傳感器。

能量其實(shí)無處不在，對(duì)于這些芯片開發(fā)公司，最大的挑戰(zhàn)就是找到如何自行儲(chǔ)存能量的方法以便持續(xù)使用，像太陽(yáng)能之類的能量并非隨時(shí)可用。另一個(gè)挑戰(zhàn)則是如何將這樣的低能芯片安裝在傳感器中。

現(xiàn)在市場(chǎng)上有四種能量收集的芯片：

動(dòng)能：以動(dòng)作為基礎(chǔ)的充能，這個(gè)已經(jīng)算是使用得比較久的方式，這些芯片主要用于比如手表的充電，或是與一些移動(dòng)中的設(shè)備綁定在一起。

熱能：這一類的芯片一般都是從溫差當(dāng)中收集能量，所以比較適合一些貼近人體的設(shè)備。

光能：這就好像一塊很小的太陽(yáng)能板，所有的太陽(yáng)能板都面臨一個(gè)挑戰(zhàn)，那就是如何在在有陽(yáng)光時(shí)最大化地收集能量，而不用在意太陽(yáng)能板的面積有多大。

磁能：很多公司都在嘗試如何從無線電波中收集能量，但幾十年都沒有成功。

從 Texas Instruments 提供的上述圖標(biāo)中可以看出，不同的收集能量芯片需要什么樣的不同環(huán)境條件才能驅(qū)動(dòng)特定的設(shè)備。

類似的技術(shù)其實(shí)并不是很新，但市場(chǎng)對(duì)這些無線傳感器的需求是越來越大，這也要多虧于物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展。很多公司現(xiàn)在都很有動(dòng)力去開發(fā)更有效的能量收集芯片和系統(tǒng)，不管是可能使用動(dòng)能模式的植入式醫(yī)療設(shè)備，或是一個(gè)支撐傳感器運(yùn)行的太陽(yáng)能電池，這是一個(gè)非常值得研究的領(lǐng)域。

舉個(gè)例子，太陽(yáng)能初創(chuàng)企業(yè) Alta Devices 這周推出了一款太陽(yáng)能電池，據(jù)說能夠產(chǎn)生比現(xiàn)有的室內(nèi)太陽(yáng)能技術(shù)多 5 倍的電能，所以一個(gè)這樣的太陽(yáng)能電池倫理上只有原來大小的五分之一，這也會(huì)使得傳感器變得更小，適用于更多的產(chǎn)品。

同時(shí)，華盛頓大學(xué)的研究學(xué)者們正試圖打造一種可以從無線電廣播中收集能量的設(shè)備，他們宣稱已經(jīng)找到了從無線電波（蜂窩網(wǎng)絡(luò)、電視或是 WiFi）中收集能量的方法，稱之為“背向散射環(huán)境（ambient backscatter）”。

在打造高效傳感器方面，除了開發(fā)能量收集芯片之外，改善原有電池的壽命也同樣重要。一般傳感器都需要有后備或是可更換的電池，以防能量收集部件突然的失靈，但事實(shí)是這些電池的性能還可以更好。現(xiàn)在研究人員不僅是在研究如何將它們做得更小，還希望做出一些成型的組件，比如直接可以別在衣服上。

當(dāng)然，這樣的組件也必須包含小型控制器和無線廣播裝置，所以也需要盡量降低它們的功耗。關(guān)于無線廣播技術(shù)這一塊，像 ZigBee 和低耗藍(lán)牙是不錯(cuò)的解決方案，但循環(huán)中的電源管理則是另外一回事。

其實(shí)現(xiàn)在硅谷在這個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)有很多變化，這也會(huì)幫助我們最終打造出壽命超長(zhǎng)或是不根本不需要外接能量支撐的傳感器，這樣我們才能更好地?fù)肀�物�?lián)網(wǎng)的到來。

本文由 Stacey Higginbotham 撰寫，她為科技和財(cái)務(wù)方面的出版物撰寫了11年的專欄。這篇文章淺析了現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個(gè)瓶頸，那就是還無法突破傳感器的長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)功能問題。