I sensori MEMS nelle applicazioni IoT

I dispositivi IoT sono ben equipaggiati in alcune aree per utilizzare le risorse energetiche ambientali come l’energia idroelettrica, la luce, eolica, termica e solare. Pertanto, i sensori MEMS in queste applicazioni garantiscono una buona funzionalità e risultati efficienti. Questo articolo si concentra sulla raccolta di energia, sulle prestazioni dei sensori MEMS, sull'identificazione dei guasti, sulla comunicazione intelligente e sulla tecnologia di commutazione MEMS.

Introduzione

L'IoT (Internet delle Cose) è un sistema che collega oggetti e utenti tramite Internet. Le cose possono essere molto più semplificate utilizzando la tecnologia MEMS dove possono funzionare con una energia ultra bassa e fornire risultati precisi con un metodo conveniente. I MEMS possono migliorare le tecnologie tradizionali coinvolte nell’IoT. Le cose intorno a noi stanno diventando sempre più utili e interconnesse nella nostra vita quotidiana in cui la parola “intelligente” è più spesso usata. L'Internet delle Cose aiuta ogni oggetto nell'ambiente ad ottenere la propria identità digitale nel mondo di Internet.

I dispositivi intelligenti hanno le funzionalità di autoidentificazione, acquisizione dati dall'ambiente e trasferimento dati. C'è una forte domanda per applicazioni IoT che includono sensori multipli per il rilevamento di prossimità, il rilevamento dell'umidità, il rilevamento della pressione e la misurazione della temperatura e dell'accelerazione. Questi dispositivi applicativi dell’IoT sono costituiti da materiali di rilevamento di tipo capacitivo. Poiché il budget è limitato, i dispositivi per applicazioni IoT multisensoriali devono essere costituiti da circuiti efficienti dal punto di vista energetico. Le tecnologie più comuni sono Internet e IoT, ma non utilizziamo queste tecnologie in modo ottimale per l'acquisizione degli elementi fisici.

Pendoli e molle ci aiutano a comprendere la relazione tra forza e vibrazione. Attraverso l'oscillazione o le vibrazioni sarà più facile comprendere i fenomeni delle onde e dell'energia. L'acqua è ampiamente trasportata attraverso le condutture, mentre le perdite comportano lo spreco di miliardi di metri cubi di acqua ogni anno. Questa perdita può essere ridotta mediante il rilevamento in tempo reale delle perdite nella tubazione e, conseguentemente, attivando un sistema di allarme. I sensori termici sono utilizzati nel settore automobilistico, nei dispositivi indossabili, nei sistemi di allarme anti-intrusione umani, nei sensori di temperatura e nelle applicazioni IoT.

Inizialmente, il promettente campo di ricerca era la miniaturizzazione nel settore delle microonde che avveniva con l'uso del silicio. La tecnologia MEMS è stata utilizzata per il completamento di microinterruttori, risonatori, condensatori variabili e sfasatori programmabili. La possibilità di integrare funzioni di segnale a radio frequenza (RF) e di sfruttare varie proprietà meccaniche poste alla base della tecnologia RF-MEMS, ha aggiunto forza alla tecnica di realizzazione delle guide d'onda. I dispositivi IoT sono costituiti da molti sensori, uno dei più comunemente usati è l’accelerometro il cui consumo di energia è molto basso durante il suo funzionamento. Pertanto, questi dispositivi vengono utilizzati negli smartphone e nei dispositivi indossabili per molte applicazioni. Le batterie di piccole dimensioni vengono utilizzate in dispositivi che possono funzionare per un lungo periodo di tempo. Come soluzione per un più basso consumo energetico possiamo utilizzare sensori ULP (Ultra Low Power) per un funzionamento prolungato.

La crescita dell’IoT ha aumentato la domanda di sensori MEMS attraverso i quali vengono monitorati i dispositivi IoT. I MEMS hanno molti attributi come peso, costo, potenza e dimensioni ridotte. Questi attributi aiutano l'IoT a percepire informazioni fisiche per comunicare tra Internet e l'oggetto. Le tecnologie RFID stanno guadagnando popolarità in questi giorni grazie alle loro funzionalità come l'identificazione intelligente, la posizione, il posizionamento, la tracciabilità, la sicurezza, ed altro. Ciò ha varie applicazioni nel campo della medicina, delle automobili e di altri dispositivi elettronici.

IoT e tecnologie integrate

C’è un certo interesse su come l’IoT possa essere direttamente inserito nelle tecnologie integrate. Il dispositivo IoT necessita di dispositivi wireless integrati, miniaturizzati e a basso consumo energetico che normalmente funzionano con batterie non rinnovabili. Se saremo in grado di ottenere energia a costo zero, ovvero tecnologie energetiche autonome raccogliendo direttamente l'elettricità dall'energia presente nell'ambiente circostante, il costo dell’energia sarà ridotto e gradualmente verrà aumentata anche l'efficienza. Nel campo dei MEMS EH (Energy Harvesting), ovvero alimentati mediante raccolta di energia, le principali ricerche riguardano le categorie seguenti:

• Vibrazione e Movimento - Conversione dell'energia dal movimento in energia elettrica
• Termica - Conversione dell'energia termica in energia elettrica
• Luce ambientale - Conversione dell'energia luminosa in energia elettrica
• Elettromagnetica RF - Trasferimento wireless di energia

Inoltre, la progettazione dei dispositivi IoT deve essere orientata verso l’elettronica ULP per ottenere maggiore efficienza.

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