作者 /肯·布里奧達 · 編輯 / 江昱衡

邊緣裝置的電池壽命是物聯網裝置生命週期管理的限制因素之一。一種解決方案是從裝置周圍的環境中收集能量，然後為電池充電或直接供電。

一個基本問題是能量收集技術確實無法以當前技術提供多少能量。即使是太陽能和風能也只能在非常大的外形尺寸中可持續使用，並且在縮小到物聯網裝置尺寸時也不太實用。實際上，這意味著裝置需要使用非常低的能源，這推動了過去幾年的許多物聯網硬體設計決策。

如何收穫能量

有幾種成熟的能量收集方法，其中一些對您來說可能是新的。最常見的能源是光、熱、振動和射頻。

太陽的

多晶矽或薄膜太陽能電池可以比薄膜電池更有效地將光子轉換為矽電子。想想一個小型計算器。太陽能最適合用於電池充電，而不是直接供電。

熱電

熱電收集器從環境中收集熱量以利用“塞貝克效應”，當兩種不同的金屬放在一起但溫度不同時，這種效應會產生能量。發電機的大小決定了輸出，正如您所期望的，它們最適合用於工業加熱系統等已經很熱的環境。

壓電式

壓電換能器利用振動來發電，這就是為什麼它們經常用於檢測電機軸承噪音、飛機機翼的振動以及其他部件的原因。這裡的輸出足以為裝置供電或為電池充電。

無線電頻率

一些射頻接收器可以將低頻RF訊號轉換為相當顯著的電壓輸出。它還可以與低功耗處理器、感測器和無線電模組配對，以部署獨立於電源和無電池的邊緣節點。

能量收集用例

當然，低功耗、獨立功率感測器和其他邊緣裝置有許多物聯網用例。其中包括工業監控、樓宇自動化、智慧電網、農業和國防應用。

讓我們更仔細地看看其他一些。

可穿戴裝置

壓電能量收集最有前途的面向消費者的用途之一是可穿戴裝置。據報道，密歇根大學的研究人員開發了一種從心跳中獲取能量的裝置，並使用該能量執行起搏器或植入式除顫器，這是物聯網醫療保健的絕佳應用。射頻轉換也在醫療可穿戴裝置中進行研究，主要用於為起搏器和經皮電神經刺激 （TENS） 裝置中的電池充電。每次就診時都有無線患者充電站！（來源：瀚雲數字工廠）

麻省理工學院實驗階段的感測器將收集聲波，為人體的生物狀態感測器供電。

暖通空調

暖通空調和智慧建築中的案例非常有限。太陽能電池板可以安裝在建築物屋頂上，為大量物聯網系統供電，門和地板上的振動和運動驅動發電機可以為佔用感測器和其他人員跟蹤裝置供電。

在一個實驗案例中，據報道，橡樹嶺國家實驗室開發了一種熱釋電發電機，該發電機使用雙金屬懸臂樑在冷熱表面之間移動，可以在仍然產生能量的同時冷卻各種電子裝置和系統。

工業物聯網

最後，最需要和最有前途的能量收集部署領域是遠端和移動工業案例。遙遠的智慧農場有數百個感測器，分佈在數千英畝的土地上，距離任何電源都有數英里，需要能夠依靠這些感測器無限期地保持供電，因為他們無法合理地負擔將源源不斷的電池輸送到田間。

同樣，根據定義，移動供應鏈處於運動狀態，這些感測器需要在從礦山到精煉廠、工廠、倉庫到終端使用者的道路上存活並保持供電數月。為了解決這個問題，一些製造商正在使用壓電感測器來利用海洋的運動、鐵路和卡車。同樣，太陽能充電也是一種可能的解決方案。

無論如何，世界系統損失的能量比我們所能利用的要多。但我們可以做得更好。