根據(jù)麻省理工學(xué)院的說(shuō)法，專家預(yù)測(cè)，到2025年，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量將達(dá)到750億臺(tái)左右。無(wú)論這是否是一件好事，這確實(shí)意味著將會(huì)有很多傳感器和其他收集數(shù)據(jù)的設(shè)備需要大量能量才能繼續(xù)工作。
由于將所有這些設(shè)備都連接到電源上是不切實(shí)際的，并且不斷更換數(shù)百萬(wàn)個(gè)微型電池的前景并不誘人，因此，麻省理工學(xué)院的研究人員設(shè)計(jì)了可以在日光下甚至昏暗的室內(nèi)照明下運(yùn)行的光伏版本。
這不是一個(gè)新主意。麻省理工學(xué)院Auto-ID實(shí)驗(yàn)室和麻省理工學(xué)院光伏研究實(shí)驗(yàn)室的研究人員承認(rèn)，以前他們?cè)鴩L試過(guò)使用小型太陽(yáng)能設(shè)備，但這些設(shè)備都依賴于傳統(tǒng)的太陽(yáng)能技術(shù)，該技術(shù)體積大，價(jià)格昂貴，不靈活且不能透明化。相比之下，鈣鈦礦電池便宜、可印刷、柔軟、并且可以透視。
麻省理工學(xué)院的團(tuán)隊(duì)的方法是將鈣鈦礦電池與具有多個(gè)傳感器的RFID標(biāo)簽合并在一起，這些傳感器用于監(jiān)視各種環(huán)境因素，例如溫度和濕度。這些標(biāo)簽可以印制成卷，并帶有光伏電池，甚至可以做成透明的，因此可以將它們安裝在窗戶玻璃上。他們還擁有纖巧的超高頻天線，制造成本僅為幾美分。
新的傳感器標(biāo)簽的工作原理與通常用于標(biāo)記零售商品的RFID標(biāo)簽相同。RFID標(biāo)簽本質(zhì)上是沒(méi)有電源的電子電路，但是當(dāng)它位于正在傳輸無(wú)線電信號(hào)的讀取器設(shè)備的范圍內(nèi)時(shí)，該標(biāo)簽會(huì)從反向散射效應(yīng)中吸收能量-本質(zhì)上，它是從無(wú)線電信號(hào)中獲取電能的。。然后，它傳輸存儲(chǔ)在標(biāo)簽芯片中的信息，從而使其可用于定價(jià)、盤點(diǎn)、安全、跟蹤和其他應(yīng)用。
問(wèn)題在于，標(biāo)簽只能產(chǎn)生幾微瓦的功率，并且只有在閱讀器正在幾米范圍內(nèi)掃描標(biāo)簽時(shí)才能產(chǎn)生。如果要用作實(shí)用傳感器，則需要為它供電更長(zhǎng)的時(shí)間。對(duì)于新標(biāo)簽，麻省理工學(xué)院的團(tuán)隊(duì)將鈣鈦礦夾在電極、陰極和特殊的電子傳輸層材料之間。這使工程師能夠調(diào)整每個(gè)單元，使其在不同的光照條件下能夠按需運(yùn)行。然后將它們制成每個(gè)四個(gè)電池的模塊，它們可以在直射的陽(yáng)光下每個(gè)產(chǎn)生4.3伏特，并通過(guò)1.5伏特電路傳輸數(shù)據(jù)。
其他測(cè)試表明，這些電池在熒光燈下的效率最高可達(dá)21.4％，并且暴露于45分鐘的光線下最多可以充電3個(gè)小時(shí)，從而使傳感器標(biāo)簽?zāi)軌蜻B續(xù)幾天監(jiān)控室內(nèi)和室外溫度，同時(shí)連續(xù)五次連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，比傳統(tǒng)的RFID標(biāo)簽要好。這將使一個(gè)讀取器可以同時(shí)收集來(lái)自多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)。
隨著技術(shù)的成熟，團(tuán)隊(duì)將新標(biāo)簽視為數(shù)月甚至數(shù)年監(jiān)視環(huán)境的一種方法，以防它們惡化到無(wú)法正常工作的程度。它們不僅可以用于溫度監(jiān)控，而且還可以用于貨物跟蹤、土壤監(jiān)控和能源使用監(jiān)控，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)擴(kuò)展到可以測(cè)量濕度、壓力、振動(dòng)和污染的能力。
機(jī)械工程系博士后Ian Mathews說(shuō)道：“我們使用的鈣鈦礦材料作為有效的室內(nèi)光收集器具有不可思議的潛力。我們的下一步計(jì)劃是使用印刷電子方法集成這些相同的技術(shù)，從而有可能實(shí)現(xiàn)極低成本的無(wú)線傳感器制造，”
該研究發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》和《IEEE傳感器》上。
