ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT USCONTACT
ECF26 infobanner

IN FOCUS

Agenttinen tekoäly tarttuu RTL-verifioinnin tuottavuusongelmaan

Agenttinen tekoäly siirtää RTL-verifioinnin painopistettä yksittäisten työkalujen automatisoinnista koko työnkulun älykkyyteen. Siemens EDA:n tavoitteena on vähentää koordinointiin kuluvaa aikaa ilman, että suunnitteluinsinöörit menettävät kontrollin prosessista.

Lue lisää...

ETNtv

 
ECF25 videos
  • Jaakko Ala-Paavola, Etteplan
  • Aku Wilenius, CN Rood
  • Tiitus Aho, Tria Technologies
  • Joe Hill, Digi International
  • Timo Poikonen, congatec
  • ECF25 panel
ECF24 videos
  • Timo Poikonen, congatec
  • Petri Sutela, Testhouse Nordic
  • Tomi Engdahl, CVG Convergens
  • Henrik Petersen, Adlink Technology
  • Dan Still , CSC
  • Aleksi Kallio, CSC
  • Antti Tolvanen, Etteplan
ECF23 videos
  • Milan Piskla & David Gustafik, Ciklum
  • Jarno Ahlström, Check Point Software
  • Tiitus Aho, Avnet Embedded
  • Hans Andersson, Acal BFi
  • Pasi Suhonen, Rohde & Schwarz
  • Joachim Preissner, Analog Devices
ECF22 videos
  • Antti Tolvanen, Etteplan
  • Timo Poikonen, congatec
  • Kimmo Järvinen, Xiphera
  • Sigurd Hellesvik, Nordic Semiconductor
  • Hans Andersson, Acal BFi
  • Andrea J. Beuter, Real-Time Systems
  • Ronald Singh, Digi International
  • Pertti Jalasvirta, CyberWatch Finland
ECF19 videos
  • Julius Kaluzevicius, Rutronik.com
  • Carsten Kindler, Altium
  • Tino Pyssysalo, Qt Company
  • Timo Poikonen, congatec
  • Wolfgang Meier, Data-Modul
  • Ronald Singh, Digi International
  • Bobby Vale, Advantech
  • Antti Tolvanen, Etteplan
  • Zach Shelby, Arm VP of Developers
ECF18 videos
  • Jaakko Ala-Paavola, Etteplan CTO
  • Heikki Ailisto, VTT
  • Lauri Koskinen, Minima Processor CTO
  • Tim Jensen, Avnet Integrated
  • Antti Löytynoja, Mathworks
  • Ilmari Veijola, Siemens

ETN

Jun # TME square
TMSNet  advertisement
ETNdigi
A la carte
AUTOMATION DEVICES EMBEDDED NETWORKS TEST&MEASUREMENT SOFTWARE POWER BUSINESS NEW PRODUCTS
ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT US CONTACT
Share on Facebook Share on Twitter Share on LinkedIn

TECHNICAL ARTICLES

Energiankeruu ratkaisee IoT:n paristo-ongelmat

Tietoja
Kirjoittanut Veijo Ojanperä
Julkaistu: 13.12.2024
  • Devices
  • Power
  • Business

Esineiden internet (IoT) on hyötynyt merkittävästi kahdesta vallalla olevasta trendistä: langattomasta tekniikasta ja vähän tehoa kuluttavasta elektroniikasta. Johdoista riippumattomuus ja kyky toimia merkittävästi pienemmillä paristoilla mahdollistaa yhä useampien erilaisten laitteiden liittämisen toisiinsa ja niiden sijoittamisen mitä erilaisimpiin paikkoihin. IoT-markkina tulee todennäköisesti kasvamaan ja leviämään laajemmalle kuitenkin vielä nopeammin, kun käyttöön tulevat laitteet, jotka pystyvät keräämään talteen omaa energiaansa.

Artikkelin kirjoittaja Tristan Cool työskentelee Silicon Labsilla teollisuuden tuotteiden markkinointipäällikkönä.

Langattomuuden ansiosta on mahdollista käyttää tiettyjä laitteita yhä useammissa paikoissa. Turvakameroita on pitkään liitetty johdoilla verkkoihin, mutta langattomuus on tehnyt mahdolliseksi asentaa niitä mitä erilaisimpiin paikkoihin. Omaisuuden jäljittämiseen ja kuljetusten tarkkailuun perustuva teollisuudenala olisi jäänyt syntymättä ilman paristopohjaisen langattoman tekniikan olemassaoloa.

Eräät tuotteet kuten kotitalouksien ovikello-kamerayhdistelmät eivät olisi ollenkaan niin suosittuja elleivät ne olisi langattomasti toimivia ja paristokäyttöisiä.

Pariston käytettävyys

Paristot ovat kannettavia energian lähteitä, mikä tekee niistä äärettömän käyttökelpoisia. Vuosikymmenten ajan elektroniikan komponenttien koon jatkuva pienentyminen on myös vähentänyt niiden tehontarvetta. Tuotteet, jotka aiemmin vaativat toimiakseen useita suhteellisen isoja D-kennoja, toimivat nyt hyvin AA- tai AAA-paristoilla. Jotkut noista voivat toimia pitkiä aikoja nappiparistoilla. 

Monet edellä mainituista tuotteista ovat tärkeässä osassa IoT:ssä: aktiivisuusrannekkeet, älykaiuttimet, paikkailmaisimet, liikenteen valvontajärjestelmät sekä edellä mainitut kamerat ja ovikellot.

Mutta paristot tyhjenevät ja sen jälkeen niistä on päästävä eroon – kierrättämällä tai hävittämällä.

Pariston haittapuolia

Yhdysvalloissa myydään joka vuosi viitisen miljardia paristoa arvioi maan ympäristöviranomainen EPA, jonka vastuulla on muodostuvan kiinteän jätteen ja mahdollisten yllättävien jäteongelmien seuranta. Eri lähteiden mukaan Euroopassa myydään vuosittain kahdeksan miljardia paristoa. Tästä voidaan päätellä, että useita miljardeja kuivaparistoja jää pois heitettäväksi joka vuosi.

Lähes kaikentyyppiset paristot sisältävät myrkyllisiä materiaaleja, joten paristojen kierrättäminen ei ole kovin helppoa ainakaan edulliseen hintaan ja näin ollen paristojen maailman laajuinen kierrättäminen on vaikeasti järjestettävissä. Esimerkiksi vain noin puolet hylätyistä paristoista saadaan kierrätettyä Euroopassa yhden arvion mukaan. Jätteiden ja saasteiden nykyiset määrät ovat kestämättömällä tasolla.

Ja samaan aikaan maailmalla otetaan käyttöön aina enemmän IoT-laitteita. Vuoteen 2022 mennessä käyttöön oli otettu 14,4 miljardia IoT-laitetta, ilmenee IoT Analytics -tutkimuslaitoksen kokoamista tiedoista ja sen ennuste on, että määrä tuplaantuu vuoteen 2027 mennessä. Niin koti- kuin teollisuuskäytössä olevien IoT-laitteiden uusimiskustannukset ovat kasvussa samoin kuin tarvittavien toimenpiteiden määräkin. Eräissä uusimmissa ja kunnianhimoisimmissa IoT-sovelluksissa on tarkoitus käyttää valtavan kokoisia anturimatriiseja valvomaan monenlaisia pyrkimyksiä maataloudesta teollisuusautomaatioon.

Kuva 1: Globaali IoT-laitteiden kasvuennuste (lähde: IoT Analytics).

Kuva 2. Energiankeruuta hyödyntävien järjestelmien markkinakehitys Yhdysvalloissa (lähde: Grandviewresearch).

Energiankeruu

Edellä kuvattujen IoT-laitteiden voisi odottaa vaativan paristotehoa, mutta onkin osoittautunut, että monet niistä eivät kuluta sitä ollenkaan. Jotkut antureista tarvitsevat toimiakseen vain hyvin heikon virtasyötön, jota on saatavissa ympäristöstä vapaasti.

Näissä tapauksissa houkutteleva vaihtoehto on energian keräily ympäristöstä. Peruskonseptina on kerätä energiaa joistakin luonnonilmiöistä, joissakin tapauksissa useasta energialähteestä ja muuntaa tuo energia sähköksi.

Määritelmän mukaan aurinko- ja tuulienergia lasketaan energiakeräilyksi. Molemmista energiamuodoista on saatavissa megawattien tehoja, mutta kaukana verkon reunoilla olevien IoT-laitteiden tarve on milliwattien tai mikrowattien luokkaa, mikä on tuotettavissa monia muitakin fysikaalisia ilmiöitä hyödyntämällä.

 

Kuva 3. Energiankeruun eri lähteet.

Energiankeruun muotoja

Aurinkosähkö (PV) tulee olemaan varma vaihtoehto hyvin vähän tehoa kuluttavissa IoT-laitteissa. Perinteiset PV-kennot, joita on käytössä aurinkopaneeleissa, pysyvät yhtenä vaihtoehtona, mutta kehitystyön alla on myös vaihtoehtoisia PV-tekniikoita, joista osa perustuu fotosynteesiä jäljitteleviin valmistettuihin materiaaliseoksiin. Nykyaikaisten PV-kennojen tehotiheydet ovat parantuneet ja ne kykenevät lataamaan niin sisällä kuin ulkona olevan ympäristön valon vaikutuksesta paristoja tai superkondensaattoriparistomoduuleja.

Pienet lämpötilaerot saadaan käyttöön termosähköisillä generaattoreilla, joilla kerätään mikrowatteja mistä tahansa energialähteistä, joita löytyy kaikkialta niin teollisuuslaitteista kuin ihmiskehosta. Joissakin sovelluksissa voidaan lisäksi hyödyntää läsnä olevaa AC-värähtelyä osana energian keräilyä!

Pietsosähköiset materiaalit synnyttävät energiaa muotoa muuttaessaan. Sovelluksissa kuten moottoriajoneuvoissa, joissa fyysinen liike pysyy lähes vakiona, voidaan kerätä tällä tavoin energiaa. Älykotien ja -rakennusten valaisinkytkimissä hyödynnetään tällaista pietsokineettisen energian keräilyä, minkä monet valmistajat ovatkin lisänneet osaksi liikuteltavien paristottomien kytkimien tarjontaansa.

Muita käytettävissä olevia energian keräilyn tekniikoita ovat innovatiivisimpien yritysten käyttämät sähköiseen ja magneettiseen induktioon perustuvat verrattain suuret sähkökentät, joista kerätään energiaa anturien ja radioyhteyksien tarpeisiin kaukokohteissa.

Ympäristön energia

Erittäin vähällä energialla toimivien IoT-laitteiden valmistajat, jotka etsivät keinoja toteuttaa paristottomia ratkaisuja, ovat kiinnostuneita energian keräilytekniikoista osittain siksi, koska kyseisille laitteille ei ole olemassa tehonsyötön infrastruktuuria.

Entä jos tuollainen infrastruktuuri olisikin olemassa? Jotakin sellaista kuin johdottomien älypuhelimien latauksessa käytetään, kuten Qi, jonka kantamat olisivat metrejä senttimetrien sijaan? Pienten tasasuuntaavien antennien (suunta-antennit) helppo saatavuus on myötävaikuttanut siihen, että on ryhdytty selvittämään langattomien tehonsyöttömenetelmien standardoinnin mahdollisuuksia.

 

Kuva 4. Energiaa voidaan kerätä hyvin monista lähteistä ympäristöstämme.

Kehitteillä on monia menetelmiä, joista useimmat nojautuvat alle 2,4 gigahertsin RF-energiaan. Tällä hetkellä lähimpänä kaupallistamista ovat teollisuussovelluksiin tarkoitetut laitteet, joita käytetään tuotantoautomaation koneissa, varastolaitteiden jäljittämisessä, paristottomissa omaisuuden merkintätarroissa ja elektronisissa varaston merkintätarroissa, koska näissä asennuksissa voidaan hyödyntää RF-energian siirtoon tarkoitettuja yhdyskäytäviä. Tulevaisuudessa älykodeissa jokaisella reitittimellä ja älylaitteen yhdyskäytävällä voidaan siirtää myös RF-energiaa. Markkinoille voi piankin olla tulossa erittäin pitkään toimivia sähkökäyttöisiä hammasharjoja, avainkortteja, näppäimistöjä, kuulokkeita, tietokonehiiriä ja kaikkea muuta.

Miltä tulevaisuus näyttää?

IoT ei kasvaisi ennustetulla nopeudella, jos se olisi aina paristoista riippuvainen. Monissa käyttökohteissa ei kuitenkaan vielä hyödynnetä täysin langattomuuden potentiaalia. Asiantuntijat ovat jatkuvasti työskentelemässä yhteistyössä langattoman IoT:n edistämiseksi, mutta myös perusteholähde vaatisi uudelleen arviointia.

Myös yhä useampi yritys ja julkisyhteisö on mukana satsaamassa vihreään siirtymään, mikä edellyttää pariston kyseenalaistamista sellaisena kuin me sen tunnemme.

MORE NEWS

Analoginen signaali on sähköauton invertterin heikko lenkki

Sähköauton virranmittauksessa Hall-anturi ei ole katoamassa mihinkään. Sen sijaan ongelmaksi on nousemassa se, miten anturin mittaustieto viedään mikro-ohjaimelle sähköisesti vaikeassa ympäristössä. Melexiksen uusi MLX91229 tuo tähän ratkaisuksi digitaalisen sigma-delta-lähdön.

Nyt se tapahtui – nanometrin raja murtui mikropiirissä

IBM sanoo kehittäneensä maailman ensimmäisen alle yhden nanometrin piiriteknologian. Kyse ei ole pelkästä viivaleveyden pienentämisestä, vaan uudesta nanostack-arkkitehtuurista, jossa nanosheet-transistoreita pinotaan kolmiulotteisesti päällekkäin.

Muistien hinta näkyy nyt myös Samsungin kansansuosikissa

Samsungin uusi Galaxy A27 5G kertoo hyvin, mihin älypuhelinmarkkina on liikkumassa. Keskiluokan puhelimessa uudistukset ovat maltillisia, mutta hinta nousee nopeasti, jos käyttäjä haluaa enemmän tallennustilaa. Suomessa Galaxy A27 5G 128 gigatavun version suositushinta on 349 euroa, mutta 256 gigatavun mallista pyydetään jo 449 euroa.

RedCap eli kevyt 5G joutuu raskaaseen testiin

5G RedCapin on määrä tuoda viidennen sukupolven yhteydet aiempaa kevyempiin, edullisempiin ja vähemmän virtaa kuluttaviin laitteisiin. Käytännön laitekehityksessä tämä ei kuitenkaan tee testauksesta yksinkertaista. Anritsu on päivittänyt SmartStudio NR- ja SmartStudio NR IP Performance -ohjelmistonsa tukemaan RedCap-laitteiden sovellustason suorituskykytestausta.

Qt vie näyttävät käyttöliittymät mikro-ohjaimiin

Suomalainen Qt Group laajentaa asemaansa sulautettujen käyttöliittymien markkinassa. Yhtiö aloittaa yhteistyön puolijohdevalmistaja GigaDevicen kanssa, jotta Qt for MCUs -kehitysympäristö saadaan optimoitua GigaDevicen GD32H7-mikro-ohjainalustalle.

NXP vie ADAS-laskennan tutkapiirille

Autojen kuljettajaa avustavat järjestelmät eivät voi enää jäädä vain kalliimpien mallien varusteiksi. NXP:n uusi SAF8444-tutkajärjestelmäpiiri pyrkii tuomaan L2- ja L2+-tason ADAS-toimintoja myös edullisempiin automalleihin siirtämällä osan laskennasta suoraan tutka-anturiin.

AI-palvelimissa kellotus nousee uuteen rooliin

Tekoälypalvelimissa, GPU-alustoissa ja SmartNIC-verkkokorteissa suorituskyky ei synny enää yhdestä prosessorista. Järjestelmät rakentuvat useista eri piireistä, kuten CPU, GPU, FPGA-piireistä, ASICeista ja ohjainpiireistä. Tämä tekee myös kellotuksesta aiempaa kriittisempää.

OpenAI suunnitteli oman LLM-kiihdyttimen Broadcomin kanssa

OpenAI on ottanut uuden askeleen kohti täyttä tekoälypinoa. Broadcomin kanssa kehitetty Jalapeno ei ole yleiskäyttöinen prosessori, vaan suurten kielimallien inferenssiin optimoitu ASIC-kiihdytin, jolla OpenAI hakee parempaa energiatehokkuutta, pienempää viivettä ja vähemmän riippuvuutta ulkopuolisista tekoälykiihdyttimistä.

Suomen dataverkon pullonkaula on nyt kuitu

Suomen runkoverkot on pitkälti rakennettu aikakaudella, jolloin tekoälyn, datakeskusten ja digitaalisen teollisuuden kapasiteettitarpeita ei vielä tunnettu. Lounean uuden FBBV-hankkeen mukaan ongelma ei ole enää niinkään 400G- tai 800G-siirtotekniikassa, vaan fyysisessä kuidussa ja reittien vähyydessä.

Donut Lab kehuu akkuaan täysin räätälöitäväksi

Donut Lab jatkoi tänään I Donut Believe -videosarjaansa. Odotetut yksityiskohdat esimerkiksi kennon energiatiheydestä jäivät edelleen hämärän peittoon. Tällä kertaa yhtiö esitteli solid state -akkutekniikansa räätälöitävyyttä. Donut Labin mukaan samaa akkukemiaa voidaan sovittaa hyvin erilaisiin sovelluksiin ja muotoihin.

GaN-sotaa kolmella rintamalla

Infineonin ja kiinalaisen Innosciencen välinen GaN-kiista on saanut uuden käänteen. Vielä keväällä asetelma näytti Infineonin kannalta selvältä, kun USA kauppakomissio määräsi Innosciencen tuotteille tuonti- ja myyntikiellon. Nyt Innoscience kertoo saaneensa omia voittojaan sekä Kiinassa että Saksassa.

ST tuo kvanttitason suojauksen älypuhelimiin

STMicroelectronics on esitellyt uuden ST54M-turvasirun, joka on tarkoitettu älypuhelimiin, puettaviin laitteisiin ja muihin henkilökohtaisiin elektroniikkalaitteisiin. Sirun tehtävä on suojata maksamista, digitaalista henkilöllisyyttä, eSIM-yhteyksiä ja muita arjen mobiilipalveluja myös tulevien kvanttitietokoneiden uhkia vastaan.

LUMI on yhä Pohjolan ylivoimaisesti nopein supertietokone

Suomen LUMI on pudonnut maailman nopeimpien supertietokoneiden listalla sijalle 11. Samalla Kajaanissa toimiva kone on Euroopan viidenneksi tehokkain supertietokone ja edelleen ylivoimaisesti Pohjoismaiden nopein järjestelmä.

Kiinalainen LineShine on maailman nopein supertietokone

Kiina on noussut takaisin supertietokoneiden maailmanlistan kärkeen. Shenzhenissä toimiva LineShine ohitti Yhdysvaltain El Capitanin ja nousi kesäkuun TOP500-listauksen ykköseksi.

Kiinalaisessa USB-pikalaturissa sähköiskun vaara

Turvallisuus- ja kemikaalivirasto Tukes on määrännyt markkinoilta poistettavaksi Sunrsonin 35 watin USB-C-pikalaturin. Kyse on ELED 35 W USB-C Pikalaturi 35W / Mini PD Power charger 35W -nimellä myydystä tuotteesta, jonka mallimerkintä on KKY35P941.

5 voltin ohjauksia ei haluta suunnitella uusiksi

Toshiban uudet M4H-mikro-ohjaimet vastaavat varsin arkiseen mutta tärkeään tarpeeseen. Vanhoja 5 voltin ohjausjärjestelmiä halutaan päivittää tehokkaammiksi ilman, että koko laitearkkitehtuuri rakennetaan uudelleen.

Check Point tuo OpenAI:n kybermallit tietoturvatuotteisiinsa

Check Point alkaa tuoda OpenAI:n edistyneitä kybermalleja osaksi omia tietoturvaratkaisujaan. Yhtiön mukaan kyse on rajatusta ja valvotusta tekoälykäytöstä, jolla pyritään vahvistamaan uhkien ehkäisyä, nopeuttamaan korjaavia toimia ja tukemaan tietoturvatiimien päivittäistä työtä.

Teslan automaattiajo pysähtyi Suomen viranomaisiin

Teslan FSD (Supervised) on saanut ehdollisen hyväksynnän Hollannissa, mutta Suomessa järjestelmä ei ole vielä tavallisten asiakkaiden käytössä. Traficom arvioi, voidaanko hyväksyntä tunnustaa myös Suomessa. Virasto korostaa, ettei kyse ole itsestään ajavasta autosta, vaan kuljettajan valvomasta avustinjärjestelmästä.

EBV360 kertoo, milloin komponentti on saatavissa

Elektroniikkateollisuuden komponenttipula ei ole kadonnut mihinkään. Esimerkiksi muistipiireissä toimitusajat voivat venyä kuukausien mittaisiksi, ja pahimmillaan yksittäisen komponentin saatavuus voi ratkaista koko tuotteen valmistusaikataulun. EBV Elektronik vastaa ongelmaan uudella EBV360-alustalla, joka kokoaa komponenttien saatavuuden, varastot, tilauskannat ja ennusteet yhteen näkymään.

Voiko piirin suunnitella kokonaan tekoälyllä?

Palo Altossa toimiva Architect Labs väittää rakentavansa tekoälyjärjestelmää, joka pystyy suunnittelemaan ja todentamaan mikropiirejä päästä päähän. Väite on kova, sillä nykyisin edistyneen piirin kehitys vaatii vuosien työn, kymmenien tai satojen miljoonien eurojen investoinnit ja raskaan EDA-työkaluketjun.

Jun  # puffbox mobox till square
TMSNet  advertisement

© Elektroniikkalehti

 
 

TECHNICAL ARTICLES

Tekoäly tuo jakeluun lisää älykkyyttä

ETN - Technical articleTekoäly on jo selkeästi ohittanut kokeiluvaiheen. Avnet Insights 2026 -selvityksen mukaan tekoäly on monilla elektroniikan aloilla jo mukana käytössä olevissa tuotteissa, ja sen soveltaminen yleistyy nopeasti kaikkialla EMEA-alueella.

Lue lisää...

OPINION

Voiko tekoäly löytää IT-häiriöiden syyt?

- Olennaista ei ole yksittäinen dramaattinen häiriö. Ongelmat rakentuvat usein hiljalleen eri puolille IT-ympäristöä. Näin kuvailee Kyndryl Nordicsin konsultointi- ja ratkaisuliiketoiminnasta vastaava Charlotte Berg yhtiön näkemystä IT-operaatioiden seuraavasta kehitysaskeleesta. Kyndrylin mukaan tekoäly voi auttaa tunnistamaan ongelmien todelliset syyt ja estämään käyttökatkokset ennen kuin ne ehtivät vaikuttaa liiketoimintaan.

Lue lisää...

 

LATEST NEWS

  • Analoginen signaali on sähköauton invertterin heikko lenkki
  • Nyt se tapahtui – nanometrin raja murtui mikropiirissä
  • Muistien hinta näkyy nyt myös Samsungin kansansuosikissa
  • RedCap eli kevyt 5G joutuu raskaaseen testiin
  • Qt vie näyttävät käyttöliittymät mikro-ohjaimiin

NEW PRODUCTS

  • Bluetooth haastaa UWB:n etäisyysmittauksessa
  • 6 watin DC/DC-muunnin mahtuu tuuman koteloon
  • Lisäkortilla 10 megabitin 4G-yhteys IoT-laitteisiin
  • Yksi anturi korvaa neljä mikrokytkintä autossa
  • Murata kutisti 100 voltin autokondensaattorin 0805-kokoon
 
 

Section Tapet