ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT USCONTACT
ECF26 infobanner

IN FOCUS

AI-agentit tuovat älykkään automaation piirien ja piirilevyjen suunnitteluun

Puolijohde- ja piirilevysuunnittelun seuraavaa vaihetta määrittävät kaksi rinnakkaista tavoitetta. Ensinnäkin halutaan kasvattaa suunnittelutyökalujen suorituskykyä. Lisäksi on tärkeää parantaa suunnittelijoiden tuottavuutta.

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

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

Auton näyttöä ei enää tarvitse testata kameralla

Autojen näyttöjen ja kameroiden testaus voidaan tehdä jatkossa suoraan nopeiden SerDes-liitäntöjen kautta ilman erillistä kameraa tai visuaalista tarkastusta. Emerson on esitellyt NI-teknologiaan perustuvan modulaarisen testialustan, joka on suunnattu erityisesti autojen näyttö- ja kamerajärjestelmien validointiin.

Ruotsalaistutkijat kavensivat transistorikanavan 25 nanometriin

Atominohuiden puolijohteiden transistorikanavia voidaan kaventaa erittäin pieniksi ilman, että suorituskyky romahtaa. Chalmersin ja Stanfordin tutkijat ovat valmistaneet 2D-transistoreita, joiden kanavan leveys on vain 25 nanometriä.

SSD:stä tulee tekoälyagenttien pitkäkestoinen muisti

Tekoälyagenttien yleistyminen muuttaa myös datakeskusten tallennusarkkitehtuuria. Silicon Motionin mukaan SSD-levyistä on tulossa yhä tärkeämpi osa tekoälypalvelinten muistihierarkiaa, kun agenttien pitää säilyttää kontekstia pitkien ja jatkuvien päättelyketjujen aikana.

Agentit muuttavat PC:n jatkuvasti ajattelevaksi työkaluksi

Qualcomm Technologiesin tuotehallinnan päällikkö Mallika Gattala arvioi, että generatiivisen tekoälyn seuraava suuri harppaus on agenttipohjainen tekoäly. Hänen mukaansa PC on nousemassa keskeiseksi alustaksi, jossa tekoäly ei enää pelkästään vastaa kysymyksiin, vaan työskentelee jatkuvasti käyttäjän rinnalla.

Ilma voi pilata akun jo ennen valmistusta

Sähköautojen seuraavan sukupolven akkukennojen käyttöikä voi alkaa lyhentyä jo ennen kuin itse akkua on valmistettu. Eteläkorealaisen Hanyang Universityn tutkijat havaitsivat, että katodimateriaalin prekursorin altistuminen ilmalle voi synnyttää kemiallisia muutoksia, jotka myöhemmin nopeuttavat akun kapasiteetin heikkenemistä.

Bittium uskoo puolustusbuumin jatkuvan pitkään

Bittiumin vahva kasvu ei yhtiön mukaan ole vain Ukrainan sodan synnyttämä hetkellinen ilmiö. Toimitusjohtaja Petri Toljamo arvioi puolivuosikatsauksen yhteydessä järjestetyssä lehdistötilaisuudessa, että Euroopan puolustusinvestoinnit jatkuvat korkealla tasolla vielä pitkään, vaikka Ukrainaan saataisiin rauha.

Joko taittuvien puhelimien läpimurto alkaa?

Samsungin uusien Galaxy Z -mallien ennakkotilaukset ovat kasvaneet Euroopassa yli 20 prosenttia viime vuodesta. Vaikka taittuvanäyttöiset puhelimet ovat edelleen vain pieni osa koko älypuhelinmarkkinaa, yhtiön mukaan kysyntä on nyt selvästi aiempaa vahvempaa.

Tekoäly tekee nopeuskamerasta monitoimivalvojan

Euroopan teille on tulossa uuden sukupolven nopeusvalvontajärjestelmiä, joissa perinteinen tutka vaihtuu yhä useammin tekoälyä hyödyntävään konenäköön. Samalla nopeuskameroiden tehtävä laajenee pelkästä ylinopeuden mittaamisesta useiden eri liikennerikkomusten automaattiseen tunnistamiseen.

Natriumakku lähestyy litiumionin tasoa

Kiinalaisen Hina Batteryn kaupallinen natriumioniakku yltää valmistuslaadultaan ja useissa suorituskykymittauksissa jo nykyaikaisten litiumioniakkujen tasolle. RWTH Aachenin yliopiston tutkimuksessa analysoitiin 120 sylinterimäistä 10 ampeeritunnin kennoa.

Joensuulainen SeeTrue ratkoo älylasien suurinta ongelmaa

Joensuulainen SeeTrue Technologies on kerännyt 2,2 miljoonan euron rahoituskierroksen. Kierrosta johtaa optiikka- ja fotoniikkajätti ZEISSin sijoitusyhtiö ZEISS Ventures. Rahoituksella SeeTrue aikoo kaupallistaa vähävirtaista silmänseuranta-arkkitehtuuriaan älylaseihin, terveydenhuollon optisiin järjestelmiin ja teollisiin sovelluksiin.

Uusi muististandardi tuo suuret tekoälymallit puhelimeen

Samsungin ja Kioxian julkistamat ensimmäiset UFS 5.0 -flashmuistit kertovat, että mobiiliteollisuus valmistautuu seuraavaan vaiheeseen laitteessa ajettavassa tekoälyssä. Uusi muististandardi lähes kaksinkertaistaa tiedonsiirtonopeuden aiempaan sukupolveen verrattuna ja poistaa yhden keskeisistä pullonkauloista suurten kielimallien suorittamisessa suoraan päätelaitteessa.

Selainkeksi kelpaa rikolliselle paremmin kuin salasana

Selaimen tallentamasta keksistä on tullut kyberrikollisille arvokkaampi saalis kuin salasanasta. NordVPN:n tutkijoiden analysoimissa tietovarkausaineistoissa evästetietoja esiintyi 4,6 kertaa enemmän kuin salasanoja, tiedostoja ja maksukorttitietoja yhteensä.

PCIe 6.0 tuo SSD-levyt AI-palvelimien seuraavaan vauhtiluokkaan

Kioxia on esitellyt ensimmäiset PCIe 6.0 -väylää hyödyntävät yritysluokan SSD-levynsä. Uutuus ei tähtää tavallisiin palvelimiin vaan tekoälyklustereihin, joissa nopea flash-muisti toimii GPU-muistin jatkeena suurten kielimallien ajossa.

Promptit ovat uusi tietoturvariski

Työntekijöiden tekoälyn käyttö on synnyttänyt yritysverkkoihin uudenlaisen tietoturvahaasteen. Verkossa liikkuu yhä enemmän AI-prompteja, autonomisten agenttien kutsuja ja MCP-yhteyksiä, jotka voivat sisältää lähdekoodia, liiketoimintatietoa tai muuta arkaluonteista aineistoa. Perinteiset palomuurit eivät ole osanneet tunnistaa tällaista liikennettä.

Sulautettu linux kertoo itse, mistä se koostuu

Saksalainen Sysgo on julkaissut ELinOS 8 -käyttöjärjestelmän, joka kertoo automaattisesti, mistä sulautetun laitteen ohjelmisto on rakennettu. Uuden version kärki on jokaisessa käännöksessä syntyvä ohjelmiston tuoteseloste eli SBOM.

Varateho voi pahentaa datakeskuksen lämpöongelmaa

ETN - Technical articleTekoälypalvelinten kasvava tehotiheys tekee datakeskusten varmistamisesta aiempaa monimutkaisempaa. Ylimääräiset teholähteet voivat parantaa käyttövarmuutta, mutta samalla ne lisäävät lämpökuormaa ja häiritsevät ilmavirtoja. Siksi tehonsyöttö, varmennus ja jäähdytys on suunniteltava yhtenä kokonaisuutena.

Reunaäly vaatii uudenlaisen siruarkkitehtuurin

Paikallinen tekoälylaskenta voi tyhjentää pienen laitteen akun jo ennen lounasta. Ambient Scientificin mukaan ongelmaa ei ratkaista vain tehokkaammilla prosessoreilla, vaan siirtämällä laskenta mahdollisimman lähelle muistia.

Tekoälypalvelin saa lisää muistivauhtia

Renesas nostaa DDR5-palvelinmuistin nopeuden 16 000 megasiirtoon sekunnissa. Kolmannen sukupolven MRDIMM-piirisarja kasvattaa muistiväylän kaistanleveyttä 25 prosenttia ilman siirtymistä kokonaan uuteen muistitekniikkaan.

Iceye paljastaa pimeänä matkaavat varjolaivat

Aluksen paikannuslähettimen sammuttaminen ei enää riitä peittämään sen liikkeitä. Iceyen tutkasatelliitit havaitsevat merellä liikkuvat alukset pilvien, sateen ja pimeyden läpi, minkä jälkeen tekoäly tunnistaa kuvasta epäilyttävät kohteet, yhtiö kertoo blogissaan.

Nigel-tekoäly laajenee LabVIEW-testaamiseen

Emerson laajentaa NI Nigel-tekoälyn koko LabVIEW+-ohjelmistoperheeseen. Samalla Nigel siirtyy neuvonantajasta tekijäksi. Tekoäly voi tuottaa LabVIEW-koodia ja rakentaa TestStand-testisarjoja luonnollisella kielellä annettujen ohjeiden perusteella.

TMSNet  advertisement

© Elektroniikkalehti

 
 

TECHNICAL ARTICLES

Varateho voi pahentaa datakeskuksen lämpöongelmaa

ETN - Technical articleTekoälypalvelinten kasvava tehotiheys tekee datakeskusten varmistamisesta aiempaa monimutkaisempaa. Ylimääräiset teholähteet voivat parantaa käyttövarmuutta, mutta samalla ne lisäävät lämpökuormaa ja häiritsevät ilmavirtoja. Siksi tehonsyöttö, varmennus ja jäähdytys on suunniteltava yhtenä kokonaisuutena.

Lue lisää...

OPINION

Agentit muuttavat PC:n jatkuvasti ajattelevaksi työkaluksi

Qualcomm Technologiesin tuotehallinnan päällikkö Mallika Gattala arvioi, että generatiivisen tekoälyn seuraava suuri harppaus on agenttipohjainen tekoäly. Hänen mukaansa PC on nousemassa keskeiseksi alustaksi, jossa tekoäly ei enää pelkästään vastaa kysymyksiin, vaan työskentelee jatkuvasti käyttäjän rinnalla.

Lue lisää...

 

LATEST NEWS

  • Auton näyttöä ei enää tarvitse testata kameralla
  • Ruotsalaistutkijat kavensivat transistorikanavan 25 nanometriin
  • SSD:stä tulee tekoälyagenttien pitkäkestoinen muisti
  • Agentit muuttavat PC:n jatkuvasti ajattelevaksi työkaluksi
  • Ilma voi pilata akun jo ennen valmistusta

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