Células fotovoltaicas e IA podem revolucionar IoT

Células fotovoltaicas que usam a luz ambiente para alimentar dispositivos da Internet das Coisas (IoT). Essa é a nova invenção de pesquisadores da Universidade de Newcastle no Reino Unido que alcança uma eficiência de conversão de energia de 38% e voltagem de circuito aberto de 1,0 V a 1.000 lux (correspondendo a lâmpadas fluorescentes). As células fotovoltaicas não tóxicas são sensibilizadas por corante e usam um eletrólito de cobre.

Um artigo publicado na revista Chemical Science afirma que a novidade tem potencial par revolucionar como os dispositivos de IoT são alimentados, tornando-os mais sustentáveis e eficientes e abrindo novas oportunidades em setores como saúde, manufatura e cidades inteligentes. “Combinando células fotovoltaicas inovadoras com técnicas inteligentes de gestão de energia, estamos abrindo caminho para uma infinidade de novas implementações de dispositivos que terão aplicações de longo alcance em vários segmentos”, afirma Marina Freitag, principal pesquisadora da Escola de Ciências Naturais e Ambientais da Universidade de Newcastle.

A técnica de gestão de energia desenvolvida pelos cientistas emprega redes neurais artificiais com memória de longo prazo para prever mudanças nos ambientes e adaptar a carga computacional dos sensores de IoT de acordo. Esse sistema dinâmico permite que o circuito opere com eficiência ideal, minimizando perdas ou quedas de energia e também reduzindo o consumo de energia. É uma demonstração da sinergia entre inteligência artificial e luz ambiente como fonte de energia resultando em uma nova geração de dispositivos de IoT.

A inovação permitirá que dispositivos de IoT deixem de usar baterias, pouco amigáveis ao ambiente e à sustentabilidade por exigir substituição frequente, e usem a luz ambiente circundante como fonte de energia. “Isso marca uma mudança de paradigma para os projetos de IoT” destaca o artigo. Por operar de forma autônoma e dispensar manutenção sofisticada. Essa nova geração da IoT poderá ser implantada em locais e volumes anteriormente inviáveis. Os três principais cenários de implantação para esse novo tipo de dispositivos de IoT são fábricas, espaços de escritório ou de varejo e residências.

Segundo os pesquisadores, nos últimos anos, várias tecnologias fotovoltaicas se mostraram promissoras para aplicações em ambientes fechados, todas alcançando eficiência fotovoltaica em torno de 30%.

Captura de energia em alta em 2023

Segundo um estudo da ABI Research, 2023 será um ano próspero para startups que trabalham com captura de energia, tecnologia que tem cada vez mais ganhado a atenção de quem trabalha com projetos de IoT por viabilizarem dispositivos de baixo custo e com mais autonomia energética. Essas características representam melhor retorno sobre investimentos, menos dor de cabeça com manutenção e mais capacidade para atender às exigências de sustentabilidade.

Segundo a pesquisa, startups de captura de energia para soluções de IoT começaram a proliferar nos últimos três anos. Muitas estão chegando agora ao estágio de comercialização de produtos em escala. Apenas em 2022, cerca de US$ 110 milhões foram investidos em startups nesse campo. A expectativa é que, em 2023, esse número cresça com rodadas de financiamento gradativas, ajudando a popularizar essa tecnologia e, consequentemente, os conceitos de IoT em massa e IoT Ambiente.

IoT Ambiente é termo cunhado pelo 3GPP que define redes IoT com dispositivos muito menores e mais baratos cuja fonte de energia é capturada do ambiente. Suas especificações foram inclusas no Release 19 da 5G Advanced e no futuro 6G. Segundo os membros da 3GPP, isso abrirá as portas para que operadoras sem fio e outras empresas prestem serviços interoperáveis a bilhões de dispositivos e soluções IoT.

Além das startups, empresas bem estabelecidas já estão apresentando produtos voltados para a IoT Ambiente na vida real, É o caso da Wiliot que, durante o último evento MWC Barcelona 2023, mostrou como sua Wiliot IoT Platform combina tecnologias para colocar a IoT Ambiente em prática e dar visibilidade às cadeias de suprimentos, distribuição e operações de varejo. Junto com ABI Research e Deloitte, Wiliot  também fez uma apresentação intitulada “6G IoT Ambiente: Antídoto para crises nas cadeias de suprimentos e climáticas”.

Um caso de uso da IoT Ambiente apresentado pela Wiliot demonstra como proteger e simplificar a cadeia de suprimentos de alimentos frescos. Com etiquetas IoT Pixels para IoT Ambiente, da Wiliot, do tamanho de um selo e que não usam baterias, afixadas em itens de transporte reutilizáveis, distribuidores e varejistas podem rastrear os alimentos ao longo das cadeias de suprimentos, consultando informações de temperatura, umidade e outras condições, para maximizar a qualidade e minimizar o desperdício.

O ambiente acadêmico também segue investindo em pesquisas para desenvolver materiais que possam converter energia residual em energia limpa de forma mais eficaz. Um grupo de mais de 100 cientistas na Universidade Simon Fraser no Canadá trabalharam na análise de vários tipos de técnicas de captura de energia, como as usadas na IoT Ambiente, para recomendar a melhor estratégia nesse campo.

“Materiais usados para captura de energia são uma oportunidade promissora para gerar eletricidade limpa, melhorando a eficiência energética de nossas vidas diárias e apoiando os esforços para combater as mudanças climáticas. Conseguem converter energia ambiente de várias fontes, entre elas luz, calor, ondas de radiofrequência (como as de Wi-Fi e sinais de comunicação móvel) e vibrações mecânicas”, explica Vincenzo Pecunia, professor que lidera o projeto em uma reportagem no site IET.

O resultado desse trabalho é um documento que descreve futuros caminhos de pesquisa e visa catalisar os esforços em várias disciplinas. Segundo os pesquisadores, essa é a primeira vez que uma rede internacional de grandes dimensões e diversificada reuniu especialistas para traçar um curso para o avanço dessas tecnologias. O roteiro foi publicado no Journal of Physics: Materials.