无源物联网风口上,谁能为千亿级IoT连接供能?
作者 | 物联网智库2021-11-24

  物联网发展至今,已从方方面面融入了我们的生活,各种信息传感器采集着我们生活、生产过程当中的声、光、热、电、生物、位置等各种需要的信息。随着5G时代的到来,万物互联的概念更不断被强调,可以预见物理世界的全面数字化将为我们的社会带来翻天覆地的变化和发展。

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  与此同时,摆在行业发展面前的许多技术问题也越发紧迫,其中,物联网节点数量空前巨大,其海量联网设备的供电无法得到长期有效地解决,将成为未来物联网应用普及的首要问题。当前物联网终端节点大部分采用电池供电,少部分采用有线电源供电这两种方式,前者随着部署数量的提高,在应用场景的限制、长期更换电池的维护成本,环境的污染等方面都存在巨大问题。而有线电源供电部署时所涉及到的施工环境、物料成本、人工成本和后期线路维护等问题,都更加决定其很难在未来物联网产业中被大规模应用。

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  哪怕是当前为应对续航问题,已被大规模应用的NB-IoT、LoRa等低功耗广域网络(LPWAN),在面对万物互联,未来数千亿设备的场景下,依然显得不够看。

  未来的物联网终端和传感器,都需要在供电上面提出一种更加稳定、持续、可靠的方案。因此,业界也开始了对于无源(Battery-free)物联网的研究,一种不需要电池,从环境中获取能量的创新技术,以期在面对千亿级的连接设备上,发挥其巨大的应用场景及经济成本优势。

无源物联网这项技术的产业应用在国内起步较晚,但已表现出来市场规模非常巨大。随着2021年物联网大会上“无源物联网”概念风口的到来,越来越多的无源应用开始受到了市场的关注。许多前沿的科创企业也开始投身其中,而「飞英思特科技(Finsiot)」正是这里面的明星企业。

中国环境微能管理技术的拓荒与引领者

「飞英思特」团队2018年在美国硅谷组建,彼时国外已经有Atmosic、 Wiliot这样对新一代无源技术有深刻研究且应用的公司,而反观国内新一代无源领域却几乎一片空白。为了保障国内技术的独立性和领先性,「飞英思特」创始团队毅然决定回国,并汇聚北京大学、清华大学、美国加州大学伯克利、美国加州大学UCSF等名校院所的科技人才,打造了一支在低功耗电子学,能源管理,射频控制工程,算法模型等方向上都拥有至少10年以上专业经验的团队,凝聚起了中国最早开始从事微能量管理技术研发的豪华阵容。

  在创办飞英思特科技之前, 联合创始人兼CEO邹珂博士是北京大学与加州大学旧金山分校的联合培养博士,并在UCSF长期任职,参与负责同Google公司、中国自然科学基金、美国国立卫生研究院基金的生物芯片研发工作,其成果也被Nature、Science子刊等世界顶级期刊热点报道。在美国期间,邹珂博士也曾参与创办Elenets、Nonabio等多家科技公司,具有丰富的技术商业化经验。

  公司另外一位主要联合创始人潘衡博士来自美国最杰出的国家实验室之一——劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL),曾主持实验室物理加速器高精度机电测量系统研制,也参与欧洲核子研究中心(CERN)的多个国际合作项目,并评为美国电气与电子工程师协会IEEE Senior Member与特约撰稿人。

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  据了解,目前「飞英思特」已开创性地实现了光伏(Photovoltaic)、压电(Piezoelectric)、热能(Thermoelectric)和无线射频(RF)等能量的高效转换,开启了自供能技术的全面商业化, 并逐步推出了“微能量管理”与“超低功耗”的核心技术产品。当前这家公司已具备成熟的环境能量采集模组与芯片设计能力, 并可为用户提供标准的模组及相应的自供能产品解决方案。

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无源物联网新突破—国内首款环境微能管理模组

环境能量采集(energy harvesting)技术是一种从环境中收集能量,存储能量,使用能量的技术,从某种意义上来讲,环境中的能量取之不尽,用之不竭,可使物联网终端设备工作起来更加稳定和超长寿命续航,但实现这样的无源物联网需要解决两个工程难题:

  • 如何实现能量供应的稳定和持续;

  • 如何最大限度地降低连接设备的系统功耗。

  「飞英思特」潘衡博士介绍道:“降低物联网设备的功耗一直是硬件及集成电路领域持续的努力, 使得现在的电子元器件功耗大幅降低,这一方面已取得很大的进展。因此实现无源物联网的另一个关键就是如何在不稳定和有限的环境能量中实现稳定的供电,而这需要「微能量管理技术」帮助工程师在设计能量采集系统时首先实现从环境中能够动态的捕获并提取随机的微小能量,实现最大的转换效率,并有序地存储和管理输出,让能量采集本身变为有序电源,所以才使得这种微弱能源管理技术为无源物联网具备实用性奠定了基础。「飞英思特」也正是沿着无源物联网这一核心技术方向在不断完善自己的产品。”

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  今年10月,「飞英思特」发布了国内首款环境微能管理模组星云系列—REVOMINDS®FEH610微光能管理模组与REVOMINDS®FEH710 TEG热电型管理模组。该系列模组可适配各种能量来源,包括太阳能(Photovoltaic)、压电(Piezoelectric)、热能(Thermoelectric)和无线射频(RF)。 利用该模组收集的能量,工程师可采用低功耗技术,最终实现设备能源的自我供给,彻底摆脱物联网应用大规模部署受限于电池和布线的窘境。

用于能量收集的电源管理 IC往往需要大量的外部硬件工程来确定如何调节能量收集换能器的输入、IC保护等。「飞英思特」的微能管理模块已将大部分上述开发工程集成到模组中,未来用户开发无源产品就像选电池一样简单,只需将换能器(如光伏电池)插入能量收集模组/芯片,再将后端电路连接到输出即可。整个过程无需过多的工程研发,即可快速实现无源产品的原型设计。

「飞英思特」星云系列模组的发布也意味着国内在无源物联网道路上实现了从0到1的突破,在这一块上拥有了完整独立的自主知识产权。据了解,飞英思特已利用该模组实现技术产品化的验证,成功开发出了多种类别的无源产品,并且已开始广泛应用在了智慧家居、电力运维、能源管理、资产管理(工厂资产、交通道路资产等)、智慧农业等多种领域。

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  赋能合作伙伴,打造无源生态

据邹珂博士介绍, “将核心技术浓缩为模组形态是无源技术商业化的第一步,为了帮助更多用户快速敏捷地开发更具市场竞争力的无源产品。飞英思特计划于2022年实现模组的芯片化,目前微能管理芯片已经全部完成设计工作,并正式进入了流片阶段,我们预计2022年上半年推出芯片,彼时模组和芯片这两个系列产品将会更好地满足客户的要求。

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  早期我们在实际应用中遇到了很多难题,从第一款无源产品推出到现在,我们花了3年时间来总结积累应用过程中的工程经验,推出的模组/芯片与国外同类产品相比适配性将更强,性能将更优异,商业应用价值也更大。作为无源物联网的服务企业,我们希望同更多领域的用户,推出低成本、可快速部署、免维护的无源化解决方案,共同打造无源物联网生态,最终实现真正意义上的万物互联”。

无源技术在哪些行业实现供电革命?

无源技术行业应用的想象空间是巨大的,几乎涉及到物联网的所有行业。例如未来在能源行业的智能水表、智能气表、智能电表等产品可通过搭载无源模组,实现无源化监测及数据回传,具备成本低、部署快、免维护的特点。

  物流行业的集装箱、快递包裹等产品通过搭载无源微型传感器,可以感知一系列物理和环境数据,并将信息传输至网关、手机或支持低功耗蓝牙(BLE)的设备上,供管理平台参考使用。

  环保领域未来也可以利用该技术,开发气体传感器、液体传感器等各类用于环境监测的无源设备,相对现有老化设备可以做到快速、低成本迭代,同时极大降低人力维护成本,而在更多人力难以到达或设备难以部署的位置进行数据采集也将不再是行业难题。

据了解,随着对行业边界的不断拓展,在物流、森林防火、地质灾害监测、能源监测、智能家居等多个领域的头部企业已经注意到这个技术,飞英思特将以无源技术为各个行业在数字化转型和智能升级过程中赋能。

结语

目前,无源物联网的热潮已然掀起,面对一个如此巨大的蓝海市场,行业必将迎来一个百家争鸣的阶段。可以预见的是,随着技术的不断成熟与商业化落地,产业间的各种标准终将统一。而类似飞英思特科技这样的业界明星企业,将会在这场无源物联网的发展进程之中担任什么样的角色,非常值得我们期待。


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2021-11-24