世界新动力：可采集的环境能源

社会如何使用零能耗设备实现全连接

世界新动力：可采集的环境能源

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5G：forward-S01E01 零能耗设备

想象一下，成千上万台设备（每台设备比米粒还小）散布在农民的田地、工厂的车间或人体内，传输挽救生命或改变业务的数据。

这些应用可能涉及各个行业。想象一下，您正在经营一个占地数千英亩的农场。您如何检查作物的长势或牛的健康状况?借助零能耗设备，您只需在手机或平板电脑上点击一个按钮便可轻松获得此类数据。

想象一下，水果和蔬菜会告诉您它们什么时候需要照料，什么时候完全成熟可以采摘，甚至告知您土壤有问题。

在未来几年，需要连接的设备数量将从数十亿飙升到数万亿。在如此大的体量下，低成本、低功耗互联传感器将成为无可争议的必备装置。

为了实现这一目标，各行业需要花费时间、资源并进行调研，真正了解现在及未来有哪些可能。如果能够使用来自各种传感器的大量数据，我们便能够将无限畅想变成无尽可能。

想象一下，

用零能耗设备收集的能源来监测您的血糖水平、

实现业务自动化以及低能耗成本地部署家庭安保。

什么是零能耗设备?

零能耗设备不需要任何电池，也不需要手动充电，它们可以从周围收集能量发电。未来的设备尺寸非常小巧，只有米粒大小，可采用传感器（报告读取和测量的数据）、跟踪器（报告物体或生物的位置）或执行器（驱动其他机器工作）等形式。

为什么说零能耗设备非常有价值?

采用零能耗设备可大幅降低运行和维护设备所需的成本和电力，增加其可扩展性。从这些设备收集数据也有助于提高生产力、减少污染和丰富人们的生活方式，无需消耗任何额外的能源。

零能耗设备有助于更紧密地将物理世界和数字世界相融合，每个维度现实都可以相互学习、进行调整并彼此响应。数字孪生是这一发展趋势的关键，零能耗设备可提供大量的传感器数据，用于构建现实世界的数字复刻。随着零能耗设备的数量不断增加，未来将出现新的洞察和详情内容。

如何实现零能耗设备?

这些设备的创造者需要关注如何以经济高效的方式采集尽可能多的能量，产生最大的电力。然后，网络需要能够以可持续的方式支持数百万台设备，提供无限的连接性、认知能力，还要能够在不同条件下实时扩展、调整和运行。

这听起来是一项相当艰巨的任务。然而，这一切并非不可能——爱立信正携手其他公司，致力于最大程度地实现它们。

如果双手相互摩擦，摩擦力就会产生热能。使用由环境能源供电的零能耗设备，这些能量就可以通过收集装置汇集起来，为您的手机或智能健康穿戴设备充电。

这里的交互式信息图展示了4种收集能量的方式，对每种方式都提供了深入的信息

零能耗设备如何工作?

它们要确保对环境和网络只造成最低限度的影响，同时设备本身的维护要求也要保持在最低限度。

每台设备都由环境能量供电。例如，太阳能电池产生的电压必须高于一定的阈值才能使用。但产生的电压往往不够高，因此在这方面进行改进是一个重要的挑战。累积的环境能量可用于两类设备：

无源零能耗物联网设备，具有反向散射能力，它们是没有储能功能的无电池设备。
有源零能耗物联网设备，具有能量收集功能，它们储能能力有限，但不需要手动充电或更换。在短时间环境能量不可用情况下，它们仍能够工作。

升级零能耗设备和网络技术，解锁无限连接的无尽可能。

我们目前处于哪个阶段?

基于无线传感器的可持续无电池世界一直是我们追求的目标，在重要参与者和各个协作项目的推动下，我们已经取得了令人难以置信的进展。

为了充分释放零能耗设备的潜力，我们需要采用整体性方法。对于设备本身来说，能量收集技术以及封装和低功耗集成电路设计都需要进一步提高。爱立信与麻省理工学院（MIT）合作，探索新材料和超低能耗设计，以捕获无线信号。

能源收集公司纷纷采取措施推动技术进步，物联网系统开发公司Everactive就是一个典范。Everactive联合创始人David Wentzloff介绍了零能耗设备的诸多优势：

“我们预计，与今天的4G物联网蜂窝产品相比，零能耗设备将使功耗降低1万多倍，而且不会损失功能，主要是在最大下行延迟方面。零能耗无线硬件可以更长时间地‘开启’，提供更好的连接，减少延迟，并简化设备的配置和部署。”

“我们预计，与今天的4G物联网蜂窝产品相比，零能耗设备将使功耗降低1万多倍。”

David Wentzloff ，Everactive联合创始人

从长远来看，Everactive在工厂和工业设施中部署了超过1.5万个无电池传感器。以前，互联产品的开发人员被迫在设备使用寿命和数据质量（以测量频率衡量）之间进行抉择，而Everactive已能够降低电子设备的电力需求，使用无限可补充采集能源保证交付高质量的数据。

以前的3GPP蜂窝技术并非为零能耗设备而设计。随着6G的到来，相关标准将影响网络的设计，以优化能效和连接性。

未来的网络需要管理数十亿台设备，其架构设计需要优化能效和连接性。这种6G蜂窝零能耗设备技术的市场条件现已成熟，将为6G及以后的革命性物联网技术奠定基础。

人工智能将进一步利用零能耗设备的广泛采用。借助AI功能，人们将能够根据简易、低成本传感器收集的信息得出复杂、高精度的结论，尽管每个单独的传感器自身的性能较低。

例如，将楼宇中大量低分辨率湿度传感器收集且经过AI解析的信息整合在一起，可准确找到漏水点或屋顶漏洞，避免其造成重大结构性破坏，而不需要将人送入危险的环境进行勘察。

这就是爱立信大展身手的领域。

无限可能

以下是一些可能实现的用例，展示零能耗设备将如何改变众多行业:

防野火

零能耗设备（以微小颗粒的形式）与巡逻的无人机连接，可对潜在的野火发出警告，并触发预防行动。当技术成熟后，这些生物可降解设备在达到目的后可完全分解，不留痕迹。

呵护人体健康

智能服装可自动纠正人体姿势，或提醒用户不要久坐久站，这会颠覆式地影响医疗行业。嵌入在服装纤维中的传感器将向零能耗设备发送重要信息，提醒用户调整或纠正姿势。

健康与心理

医疗保健应用的范围将进一步扩大，从监测和疾病诊断到可穿戴设备和可植入零能耗设备或传感器。这些传感器和设备不需要人工充电，它们可以完全依靠人类自身产生的能量运行。

农牧与农业

农民可以使用连接到基站的传感器跟踪牲畜和作物的生长和健康状况。他们可以将手机或平板电脑连接到基站，并接收重要信息。这可以用于定位偏离牛群或生病需要就医的奶牛。

仓储的未来

通过扫描库存交付信息，我们可以进行准确快速的自动化库存检查，而无需手动更改库存数量。环境物联网设备将能够将库存信息传递到仓库内的5G网络。电脑或平板电脑可自动更新库存情况，用户能够通过电脑或平板电脑访问这些信息。

制造业和采矿业

ReVibe Energy的自供电传感器系统可监测振动筛，振动筛在采矿时用于将收集到的不同岩石和矿物等材料分开。振动筛不能与电缆或电线配套工作，因为强烈的振动会使电缆松动。与此同时，振动创造了一个收集能量的机会，原本这种能量会被浪费掉。

引入零能耗设备为传感器提供了“永续的电池”，因为ReVibe Energy的振动筛中没有电池。它为最终用户生成了大量有价值的数据。这些数据可以提示潜在问题，通知维护调度，并有助于优化性能。

未来的建筑

人们可以使用传感器监测建筑物和办公室，以便自动发现即将出现的问题，甚至还可以进行预防性维护，例如发现墙壁出现的裂缝。如此一来，建筑物的使用寿命将得到延长，居民或企业员工可访问埋在砖块和水泥中的传感器的数据，确保自己居住和工作的场所的安全。

北欧建筑公司（NCC）的战略、研究和创新主管Fredrik Vernersson表示：“在生产建筑物或基础设施的构件时，我们专注于测量施工阶段的工艺性能，及其使用后的性能。在测量工艺性能方面，我们使用湿度和温度传感器，目的是控制混凝土的干燥过程。在测量使用后的性能方面，我们使用温度和‘CO2’传感器，以及测量桥梁、道路和隧道的长期性能（例如，由负载改变引起的变化）的传感器，无需进行破坏性测试。”

有了这些数据，人们就可以创建数字孪生，以实时调整、响应和监测。这允许用户在虚拟环境中操控和调整数据，以突出展示任何潜在影响或问题，而不影响实际对象。这些数字孪生有助于减少生产过程中的浪费并降低成本，同时提高效率。

2030年以后

到2030年，库存管理和工业监测将成为零能耗设备的重要市场。使用自动库存检查，则无需人工检查，还有助于防止库存数量不合，最终节省资金，减轻仓储业工人的压力。

用例不胜枚举，这只是其中的一个，因为这项技术能够发掘出超乎我们想象的用途。

零能耗设备将彻底改变人类与机器的连接方式。它们将创造更加可持续、更智能的未来，随着网络不断发展，这些设备的普及将带来更多的可能性。

从建筑业到农业，各个行业都将从中受益，节省时间和资金，并能够专注于推动技术进步。