Las células fotovoltaicas y la IA podrían revolucionar el IoT

Células fotovoltaicas que utilizan la luz ambiental para alimentar dispositivos del Internet de las Cosas (IoT). Este es el nuevo invento de los investigadores de la Universidad de Newcastle (Reino Unido) que consigue una eficiencia de conversión de energía del 38% y una tensión en circuito abierto de 1,0 V a 1.000 lux (correspondiente a las lámparas fluorescentes). Las células fotovoltaicas no tóxicas están sensibilizadas con colorantes y utilizan un electrolito de cobre.

Un artículo publicado en la revista Chemical Science afirma que este avance puede revolucionar la forma de alimentar los dispositivos IoT, haciéndolos más sostenibles y eficientes y abriendo nuevas oportunidades en sectores como la sanidad, la fabricación y las ciudades inteligentes. “Combinando células fotovoltaicas innovadoras con técnicas de gestión inteligente de la energía, estamos allanando el camino para una multitud de nuevas implementaciones de dispositivos que tendrán aplicaciones de gran alcance en múltiples segmentos”, afirma Marina Freitag, investigadora principal de la Facultad de Ciencias Naturales y Medioambientales de la Universidad de Newcastle.

La técnica de gestión energética desarrollada por los científicos emplea redes neuronales artificiales con memoria a largo plazo para predecir cambios en el entorno y adaptar en consecuencia la carga computacional de los sensores IoT. Este sistema dinámico permite que el circuito funcione con una eficiencia óptima, minimizando las pérdidas o cortes de energía y reduciendo también el consumo. Es una demostración de la sinergia entre la inteligencia artificial y la luz ambiental como fuente de energía que da lugar a una nueva generación de dispositivos IoT.

La innovación permitirá a los dispositivos IoT prescindir del uso de baterías, poco respetuosas con el medio ambiente y la sostenibilidad al requerir sustituciones frecuentes, y utilizar la luz ambiental circundante como fuente de energía. “Esto supone un cambio de paradigma para los proyectos IoT”, destaca el artículo. Al funcionar de forma autónoma y prescindir de un mantenimiento sofisticado. Esta nueva generación de IoT podrá desplegarse en lugares y volúmenes antes inviables. Los tres principales escenarios de despliegue de este nuevo tipo de dispositivos IoT son las fábricas, los espacios de oficinas o minoristas y los hogares.

Según los investigadores, en los últimos años varias tecnologías fotovoltaicas se han mostrado prometedoras para aplicaciones de interior, logrando todas ellas una eficiencia fotovoltaica en torno al 30%.

Aumento de la captación de energía en 2023

Según un estudio de ABI Research, 2023 será un año próspero para las startups que trabajen con captura de energía, una tecnología que ha ganado cada vez más la atención de quienes trabajan con proyectos IoT al permitir dispositivos de bajo coste con mayor autonomía energética. Estas características representan un mejor retorno de la inversión, menos quebraderos de cabeza de mantenimiento y más capacidad para cumplir los requisitos de sostenibilidad.

Según la encuesta, las startups de captura de energía para soluciones IoT han empezado a proliferar en los últimos tres años. Muchas están llegando a la fase de comercialización de productos a escala. Solo en 2022, se invirtieron unos 110 millones de dólares en startups de este campo. Para 2023, se espera que esta cifra aumente con rondas de financiación graduales, lo que contribuirá a popularizar esta tecnología y, en consecuencia, los conceptos de IoT masivo e IoT ambiental.

IoT Ambient es un término acuñado por el 3GPP que define las redes IoT con dispositivos mucho más pequeños y baratos cuya fuente de energía se capta del entorno. Sus especificaciones se incluyeron en la versión 19 de 5G Advanced y la futura 6G. Según los miembros del 3GPP, esto abrirá la puerta a que los operadores inalámbricos y otras empresas ofrezcan servicios interoperables a miles de millones de dispositivos y soluciones IoT.

Además de las startups, empresas bien establecidas ya están mostrando productos orientados al IoT ambiental en la vida real. Es el caso de Wiliot que, durante el último evento MWC Barcelona 2023, mostró cómo su Wiliot IoT Platform combina tecnologías para poner en práctica el IoT ambiental y proporcionar visibilidad a las cadenas de suministro, distribución y operaciones minoristas. Junto con ABI Research y Deloitte, Wiliot también ofreció una presentación titulada “Entorno IoT 6G: Antídoto contra las crisis en las cadenas de suministro y el clima”.

Un caso de uso de IoT Ambiente presentado por Wiliot demuestra cómo proteger y simplificar la cadena de suministro de alimentos frescos. Con las etiquetas IoT Pixels for IoT Ambiente de Wiliot, del tamaño de un sello y sin pilas, adheridas a artículos de transporte reutilizables, los distribuidores y minoristas pueden hacer un seguimiento de los alimentos a lo largo de las cadenas de suministro, consultando la temperatura, la humedad y otra información sobre las condiciones para maximizar la calidad y minimizar los residuos.

El mundo académico también sigue invirtiendo en investigación para desarrollar materiales que puedan convertir la energía residual en energía limpia de forma más eficaz. Un grupo de más de 100 científicos de la Universidad Simon Fraser de Canadá ha trabajado en el análisis de varios tipos de técnicas de captura de energía, como las utilizadas en el IoT ambiental, para recomendar la mejor estrategia en este campo.

“Los materiales utilizados para la captura de energía son una prometedora oportunidad para generar electricidad limpia, mejorando la eficiencia energética de nuestra vida cotidiana y apoyando los esfuerzos para combatir el cambio climático. Pueden convertir la energía ambiental procedente de diversas fuentes, como la luz, el calor, las ondas de radiofrecuencia (como las de Wi-Fi y las señales de comunicación móvil) y las vibraciones mecánicas”, explica Vincenzo Pecunia, profesor que dirige el proyecto en un informe publicado en la web del IET.

El resultado de este trabajo es un documento que esboza las futuras líneas de investigación y pretende catalizar los esfuerzos de todas las disciplinas. Según los investigadores, es la primera vez que una red internacional amplia y diversa reúne a expertos para trazar el rumbo del avance de estas tecnologías. La hoja de ruta se publicó en la revista Journal of Physics: Materials.