Oltre che performante, la ricerca lavora a rendere l’IoT sostenibile. Se già oggi ha un sensibile impatto sulla vita quotidiana e su molti settori produttivi, nel prossimo futuro si prevede un ruolo ancora più pervasivo. Tutto questo si traduce in un maggior numero di dispositivi connessi. Statista prevede che i device IoT installati nel mondo raggiungeranno i 30,9 miliardi di unità entro il 2025, con un netto balzo rispetto ai 13,8 miliardi di unità previsti nel 2021.
I dispositivi IoT sono spesso alimentati da una batteria perché non hanno accesso diretto alla rete elettrica. L’uso delle batterie può presentare controindicazioni, in termini di capacità limitata, di dimensioni ingombranti o di costi eccessivi. Già solo dover sostituire batterie in migliaia di dispositivi, soprattutto se si trovano in luoghi difficili da raggiungere o pericolosi, può essere un fattore limitante all’installazione di dispositivi basati sull’Internet of Things. Ecco allora che si lavora su alternative efficaci e più “green”.
Sensori intelligenti con l’elettronica stampabile
Come detto, la crescita dei dispositivi e sensori “intelligenti”, basati sull’Internet of Things, sarà quantificabile in miliardi di componenti. Essi hanno un costo non lieve. Ecco perché si cercano alternative per un IoT sostenibile, a livello ambientale ed economico. Uno scienziato italiano, Vincenzo Pecunia, docente alla School of Sustainable Energy Engineering presso la statunitense Simon Fraser University, ritiene che i semiconduttori alternativi stampabili, a basso costo ed ecologici, potrebbero aprire la strada a un IoT più economico e green.
Alla guida di un team multinazionale di esperti in varie aree della elettronica stampabile, Pecunia ha individuato le strade più promettenti per consentire sensori intelligenti autoalimentati ed ecologici, illustrandole in un articolo pubblicato pochi giorni fa su Nature Electronics.
Dotare gli oggetti e gli ambienti di tutti i giorni di intelligenza attraverso sensori intelligenti ci permetterebbe di prendere decisioni più informate durante la nostra vita quotidiana – ha spiegato Pecunia –. Le tecnologie convenzionali dei semiconduttori richiedono una lavorazione complessa, ad alta intensità energetica e costosa, ma i semiconduttori stampabili possono offrire un’elettronica con un’impronta di carbonio e un costo molto più bassi, poiché possono essere lavorati tramite stampa o rivestimento, che richiedono un consumo di energia e materiali molto inferiore”.
Pecunia sostiene che la printed electronics può funzionare utilizzando l’energia raccolta dall’ambiente, per esempio dalla illuminazione ambientale o da segnali a radiofrequenza onnipresenti.
Come ha avuto modo di segnalare nella sua analisi, la priorità fondamentale è la realizzazione di elettronica stampabile con un set di materiali il più piccolo possibile per semplificare il processo di fabbricazione, garantendo così una scalabilità semplice e un basso costo della tecnologia. Il docente, nell’articolo, delinea una visione dell’elettronica stampata che potrebbe anche essere alimentata dai segnali mobili onnipresenti attraverso approcci innovativi a bassa potenza, consentendo in sostanza ai sensori intelligenti di caricarsi dal nulla.
“Sulla base delle recenti scoperte, prevediamo che i semiconduttori stampabili potrebbero svolgere un ruolo chiave nella realizzazione del pieno potenziale di sostenibilità dell’Internet degli oggetti, fornendo sensori autoalimentati per case, smart building e smart city, nonché per la produzione e l’industria”.
Pecunia ha già compiuto numerosi progressi verso la realizzazione di sensori intelligenti stampabili autoalimentati, dimostrando la possibilità concreta di realizzare elettronica stampata con una dissipazione di potenza da record e i primi dispositivi stampabili alimentati dalla luce ambientale tramite minuscole celle solari stampabili.
Energia solare e piezoelettrico per l’IoT SOSTENIBILE
Per rendere l’IoT sostenibile c’è un altro filone di ricerca basato sulle potenzialità dell’energia solare per alimentare i dispositivi Internet of Things. Tra le sperimentazioni più interessanti a questo proposito c’è una ricerca condotta da un team di ricercatori attivo presso la Newcastle University. Essa si è focalizzata sullo sviluppo di celle solari a colorante, chiamate DSSC (Dye-Sensitized Solar Cell), chiamate anche celle di Grätzel. Sono dispositivi costituiti da multistrati di materiali in grado di di assorbire la radiazione luminosa e di trasformarla in energia elettrica. Il team è riuscito a raggiungere percentuali di efficienza di conversione del 34% con un’illuminazione ambientale di 1000 lumen, pari a quelle che ci sono in un ufficio.
Sempre a proposito di energia solare per alimentare dispositivi IoT ci sono anche le opportunità offerte dalla perovskite, materiale su cui si guarda con attenzione per fornire un’ulteriore evoluzione agli impianti fotovoltaici. Una delle ricerche più interessanti a questo proposito riguarda le potenzialità dell’energy harvesting piezoelettrico specie per i wearable device e per l’elettronica biomedica. I materiali piezoelettrici possono convertire l’elettricità dai movimenti meccanici e vibrazionali nell’ambiente. I progressi ottenuti nell’ultimo decennio da questo tipo di dispositivi basati grazie ai materiali di perovskite per auto alimentare dispositivi IoT impiantabili e indossabili sono stati alquanto promettenti.
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