Le reti elettriche wireless trasformeranno presto la distribuzione dell'energia: "Questo non è un progetto scientifico" / Wireless power networks will soon transform power delivery: 'This is not a science project'

Le reti elettriche wireless trasformeranno presto la distribuzione dell'energia: "Questo non è un progetto scientifico" / Wireless power networks will soon transform power delivery: 'This is not a science project'

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Ricordate i tempi in cui per connettersi a Internet bisognava comporre un numero (senza dubbio da telefono fisso) e attendere circa 30 secondi prima che gli strilli acuti e i bip delle strette di mano del modem lasciassero il posto ad un segnale chiaro?

Poi arrivò la banda larga, che si basava su cavi coassiali o fibra ottica per stabilire connessioni a Internet molto più fluide. La banda larga permise l'ascesa delle reti locali (LAN) e geografiche (WAN), che potevano integrare sia la connettività cablata che quella wireless, gettando le basi per l'idea che si dovesse essere in grado di inviare e-mail, giocare, riprodurre audio in streaming e guardare canali video praticamente ovunque. Nel giro di poco tempo, con la diffusione sempre maggiore di tecnologie di supporto come la telefonia mobile ed il Wi-Fi, quel concetto rivoluzionario si trasformò in realtà.

Ripensando ora ai tempi della connessione telefonica, quei suoni stridenti e bip sembrano quasi delle reliquie pittoresche, non molto diversi dal rumore degli zoccoli di una carrozza trainata da cavalli.

Oggi, una rivoluzione simile è in atto nel campo dell'energia. Sebbene a prima vista possa sembrare fantascienza, le reti elettriche wireless (WPN) stanno realizzando il sogno di un'esperienza fluida e sempre attiva, che potrebbe presto collocare la comune presa di corrente nella stessa categoria dei modem di ieri.

"Passeremo dall'alimentazione via cavo all'alimentazione praticamente ovunque", ha affermato Giampaolo Marino, vicepresidente senior per la strategia e lo sviluppo aziendale di Energous Corporation, un'azienda all'avanguardia nel campo WPN.

Di recente GlobalSpec ha avuto modo di incontrare Marino per saperne di più sullo stato attuale della tecnologia.

Che cosa è WPN?

Il concetto WPN è un'espansione del principio del trasferimento di potenza in campo vicino, che si verifica all'interno di campi magnetici (utilizzando l'accoppiamento induttivo tra bobine di filo) o campi elettrici (utilizzando l'accoppiamento capacitivo tra elettrodi metallici). Nikola Tesla fu uno dei primi pionieri nell'esplorazione della trasmissione wireless, progettando circuiti di trasformatori risonanti a radiofrequenza (RF) che ora portano il suo nome, ovvero "bobine di Tesla". Sebbene l'inventore non sia riuscito a realizzare un prodotto commerciale basato sulle sue scoperte, i suoi metodi continuano ad essere applicati in sistemi a corto raggio, ad esempio dispositivi di impianto medico come pacemaker e basi di ricarica per smartphone che utilizzano lo standard induttivo Qi, e sembrerebbe che il suo sogno di trasmettere energia in modalità wireless su lunghe distanze verso case e fabbriche possa essere un'idea finalmente giunta al suo momento.

Marino, infatti, considera lo stato attuale della tecnologia maturo e prevede un'accelerazione dell'adozione sul mercato entro i prossimi due-cinque anni. Questa tempistica riflette non solo i progressi tecnologici, ma anche il superamento degli ostacoli normativi grazie a dimostrazioni di sicurezza, che hanno dimostrato come l'impatto umano delle interferenze elettromagnetiche (EMI) prodotte dalle reti WPN sia trascurabile, significativamente inferiore, in realtà, ai potenziali impatti derivanti dall'uso prolungato dei cellulari.

Passare dalla tecnologia di consumo

Da parte sua, Energous sviluppa tecnologie nel settore dell'alimentazione wireless da 12 anni e detiene oltre 250 brevetti, con particolare attenzione al trasferimento di potenza wireless basato su RF. Tre anni fa, l'azienda ha abbandonato le applicazioni consumer, come la ricarica di cellulari e laptop, per concentrarsi sull'IoT, trovando modi per alimentare sensori e nodi IoT in modalità wireless ed eliminare la necessità di batterie, cavi e interventi umani per la manutenzione.

Secondo Marino, questo cambiamento ha aperto la strada a nuove applicazioni in diversi settori, come trasporti, logistica, vendita al dettaglio e produzione, con il comune denominatore di eliminare i costi associati alle attuali topologie di sensori e consentire a nuovi sensori di raccogliere più dati. Ciò consente di prendere decisioni molto più intelligenti nelle operazioni della supply chain rispetto a quanto sia attualmente possibile con i tag di identificazione a radiofrequenza (RFID), che richiedono la scansione e forniscono solo una frazione delle informazioni.

"Pensate all'RFID come se vi trovaste in una stanza completamente buia e con una torcia accesa", ha detto Marino.

"E ora accendi la torcia, stai illuminando un angolo di quella stanza. Riesci a vedere cosa succede in quell'angolo, ma non vedi cosa succede intorno a te. È ancora tutto buio."

Al contrario, Energous adotta un approccio "always-on" alla raccolta dati, non soggetto ai vincoli di nodi e sensori di cavi e batterie. Questo offre una visibilità completa che "accende le luci" in modo efficace, eliminando i "punti oscuri" della supply chain, dove le risorse possono andare perse o deteriorarsi.

Questa dinamica è alla base di ciò che Marino definisce "IoT ambientale", che è anche un focus di Wiliot, un'azienda di intelligence per la supply chain e partner di Energous. Gli IoT Pixel di Wiliot sono tag sensori che funzionano tramite Bluetooth Low Energy (BLE) senza batterie, alimentandosi autonomamente raccogliendo energia dalle onde radio. L'utilizzo del tag Wiliot ha permesso a Energous di espandere le proprie capacità nella supply chain.

"Le risorse vengono sostanzialmente digitalizzate automaticamente e i dati fluiscono senza soluzione di continuità dalla risorsa al cloud o alla rete del cliente", ha spiegato Marino.

La combinazione Wiliot-Energous ha inoltre consentito all'azienda di Marino di dimostrare la scalabilità in un'ampia gamma di infrastrutture dei clienti, aprendo la strada ad implementazioni su larga scala, come l'ammodernamento di strutture da un milione di metri quadrati ad una frazione del costo dell'RFID.

"Stiamo praticamente implementando questa tecnologia oggi. Non si tratta di un progetto scientifico come quello di tre o quattro anni fa", ha aggiunto Marino.

E tuttavia, questo è solo l'inizio.

"Questa tecnologia si espanderà e non si concentrerà solo sull'IoT", ha affermato Marino. "Si concentrerà su molte altre applicazioni che fanno parte della nostra vita quotidiana. Potrebbe trattarsi di una casa intelligente, di un edificio intelligente, di una città intelligente" – ognuna delle quali fornisce un esempio della crescente necessità di implementare sensori per raccogliere dati che alimenteranno l'intelligenza artificiale.

Fornendo energia regolata attraverso l'aria, le reti WPN trasformeranno l'energia in un servizio di base che consentirà a tali sensori (ed ad un trilione di altri dispositivi) di funzionare in modo autonomo, senza batterie, cavi o costi di manutenzione che sono stati storicamente richiesti.

E quelle prese di corrente? Spariranno?

"Alla fine sì", ha detto Marino. "E i cavi scompariranno e tutto sarà fatto in modalità wireless. È così che va il futuro."

ENGLISH

Do you remember the days when getting on the internet involved dialing a number — using a landline, no doubt — followed by approximately 30 seconds of waiting for the high-pitched squawks and beeps of modem handshakes to give way to a clear signal?

Then along came broadband, which relied upon coaxial cable or optical fiber to establish connections to the internet that were far more seamless. Broadband allowed for the rise of local area networks (LANs) and wide area networks (WANs), which could incorporate both wired and wireless connectivity, planting the seeds of an idea that one should be able to send email, play games, stream audio and watch video channels just about anywhere. Over a short span of time, as supporting technologies like cellular service and Wi-Fi became increasingly ubiquitous, that revolutionary concept largely turned into reality.

Thinking back now to the days of dial-up, those squawks and beeps seem almost quaint relics, not unlike the clip-clop of hooves from a horse-drawn carriage.

Today, a similar revolution is underway in the realm of power. Though, it might at first seem like the stuff of science fiction, wireless power networks (WPNs) are fulfilling the dream of a seamless, always-on experience that may soon place the common everyday power outlet into the same category as yesterday’s modems.

“We’re going to go from cable power, to basically power everywhere,” said Giampaolo Marino, senior vice president of strategy and business development at Energous Corporation, a company working on the cutting edge of the WPN field.

GlobalSpec got a chance to catch up with Marino recently, to learn more about the current state of the technology.

What is WPN?

The WPN concept is an expansion of the principle of near-field power transfer, which occurs within magnetic fields (using inductive coupling between wire coils) or electric fields (using capacitive coupling between metal electrodes). Nikola Tesla was an early pioneer in the exploration of wireless transmission, designing radio frequency (RF) resonant transformer circuits that now bear his name as “Tesla coils.” Though the inventor failed to make a commercial product from his findings, his methods continue to be applied in short-range systems — medical implant devices like pacemakers and smartphone charging pads using the Qi inductive standard, for instance — and it would seem that his dream of transmitting power wirelessly over long distances into homes and factories may be an idea whose time has finally come.

Marino, in fact, sees the current state of the technology as mature, and he anticipates accelerated market adoption within the next two to five years. This timeline reflects not only technological advances, but also the clearing of regulatory hurdles thanks to safety demonstrations, which have shown that the human impact of the electromagnetic interference (EMI) produced by WPNs is negligible — significantly less, in fact, than the potential impacts from long-term cellphone use.

Scaling up from consumer tech

For its part, Energous has been developing technology in the wireless power space for 12 years and holds over 250 patents with a primary emphasis on RF-based wireless power transfer. Three years ago, the company pivoted from consumer-based applications, like charging cellphones and laptops, to focus on the IoT space — finding ways to power sensors and IoT nodes wirelessly and eliminate the need for batteries, cables and human intervention for maintenance.

The shift, according to Marino, has revealed applications in a range of fields such as transportation, logistics, retail and manufacturing, with the common thread of eliminating costs associated with current sensor topologies and enabling new sensors to collect more data. This empowers much more intelligent decisions in supply-chain operations than is currently possible with radio frequency identification (RFID) tags, which require scanning and provide only a fraction of the insight.

“Think of [RFID] like you’re in a super-dark room, and then you have a torch light,” Marino said.

“And now you’re turning on your torch light, you’re shining light onto a corner of that room. You can see what’s going on in that corner, but you don’t see what’s going on around you. It’s all dark still.”

By contrast, Energous takes an “always-on” approach to data collection not subject to the node and sensor constraints of cables and batteries. This provides full visibility that effectively “turns the lights on,” eliminating supply chain “dark spots” where assets can be lost or spoilage can occur.

This dynamic is the basis for what Marino refers to as “ambient IoT,” which is also a focus of Wiliot, a supply chain intelligence company and Energous partner. Wiliot’s IoT Pixels are sensor tags that operate on Bluetooth Low Energy (BLE) without batteries, powering themselves by harvesting energy from radio waves. Leveraging the Wiliot tag has enabled Energous to expand its supply-chain capabilities.

“Assets are basically automatically digitized, and data flows seamlessly from the asset to the cloud or customer network,” Marino explained.

The Wiliot-Energous combination has also enabled Marino’s company to demonstrate scalability into a wide range of customer infrastructures, paving the way to large-scale deployments such as the retrofitting of one-million-square-meter facilities at a fraction of the cost of RFID.

“We are basically deploying this technology today. This is not like a science project like it used to be, maybe three or four years ago,” Marino added.

And still, this is only the beginning.

“This technology, it’s going to expand, and it’s not just going to focus on IoT,” Marino said. “It’s going to focus on many other applications that are part of our everyday lives. It could be a smart home, it could be a smart building, it could be a smart city” — each of which provides an example for the growing need to deploy sensors to collect data that will feed AI.

By delivering regulated power through the air, WPNs will transform energy into a background utility that enables those sensors (and a trillion other devices) to operate autonomously — without batteries, cables or the maintenance costs that have historically been required.

And what about those power outlets? Will they disappear?

“Eventually, yes,” Marino said. “And cables are going to disappear, and everything is going to be done wirelessly. That’s the way the future is going.”

Da:

https://electronics360.globalspec.com/article/22836/wireless-power-networks-will-soon-transform-power-delivery-this-is-not-a-science-project?uid=%2D1474234620&uh=f9d092&md=251021&mh=8c33e7&Vol=Vol25Issue42&Pub=1&LinkId=2209117&keyword=link%5F2209117&itemid=410390&frmtrk=newsletter&cid=nl