Nel quadro di proliferazione globale dei dispositivi Internet of Things, l’autonomia energetica dei nodi IoT diventa un elemento prioritario nei requisiti di progetto. Il paradigma emergente si chiama Ambient IoT, e si fonda sulla crescente diffusione di nodi IoT basati su SoC (system-on-chip) ultra-low-power che integrano microcontrollori, moduli di comunicazione wireless e circuiti di energy harvesting in un solo sistema completo, compatto e battery-free
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Il paradigma Internet of Things (IoT) è sempre più globalmente diffuso, e l’energy harvesting (EH), ossia la raccolta di energia ambientale, si pone come la soluzione per razionalizzare l’alimentazione dei dispositivi IoT che continuano a proliferare. Stando alle previsioni della società di analisi di mercato IoT Analytics, nel 2030 il numero di dispositivi IoT connessi arriverà a 39 miliardi, e a oltre 50 miliardi entro il 2035. A seconda del settore e dell’applicazione aziendale o industriale, le infrastrutture IoT possono arrivare a includere migliaia o decine di migliaia di dispositivi. Quando si giunge a dimensioni simili, implementare device IoT e sensori smart, non solo connessi, ma anche autonomi dal punto di vista energetico, non è più soltanto una caratteristica auspicabile, diventa una necessità prioritaria.
Nelle installazioni con elevato numero di device, non appare infatti logisticamente pensabile, né sostenibile dal punto di vista economico e ambientale, attuare ordinarie operazioni di manutenzione, sostituzione e smaltimento delle batterie esauste di dispositivi e sensori wireless. La strada intrapresa prosegue invece verso lo sviluppo di tecnologie elettroniche sempre più efficienti, in grado di migliorare la durata delle batterie nei device, ma soprattutto di raccogliere e utilizzare l’energia disponibile nell’ambiente.
In particolare, le tecnologie di energy harvesting (EH) hanno l’obiettivo di catturare l’energia dalle fonti esterne ambientali, e poi di convertirla e immagazzinarla per alimentare i dispositivi elettronici. Utilizzando l’energia ambientale, i sensori possono funzionare continuamente senza l’alimentazione fornita dalle batterie, quindi in modalità “batteryless”, e senza manutenzione.
In questi casi si parla di quantità di energia sufficienti ad alimentare, ad esempio, sensori di temperatura o umidità. In effetti, a differenza delle tecnologie di produzione di energia rinnovabile, come i pannelli solari o le pale eoliche, dove i volumi di energia generati possono essere consideravoli, nel dominio tecnologico dell’energy harvesting i chip elettronici EH producono quantità di energia ridottissime, misurabili negli ordini di grandezza dei milliwatt (mW) o dei microwatt (µW). Quantità di energia adatte ad alimentare, storicamente, le classiche reti di sensori wireless (WSN), ma non solo. Oggi l’energy harvesting si presta ad applicazioni anche in ambiti come i sensori RFID (radio frequency identification), i dispositivi indossabili a consumo ultra basso, le etichette intelligenti (smart label) adottate nella logistica, nella gestione delle supply chain, nel settore retail. E poi ci sono appunto gli utilizzi nelle applicazioni Ambient IoT.