Ridurre il consumo di energia grazie a sensori intelligenti: lo studio del Fraunhofer Institute

Rendere i sensori dell’Internet of Things in grado non solo di consumare meno energia, ma anche di risparmiarla: a questo stanno lavorando i ricercatori del Fraunhofer Institute con il progetto Zepowel lighthouse (nome che deriva dall’inglese Towards Zero Power Electronics), che terminerà a metà dell’anno in corso.

Il progetto, iniziato circa due anni fa, ha coinvolto diverse realtà del Fraunhofer Institute, impegnati nel capire come risparmiare energia in un mondo dove, grazie allo sviluppo dell’Internet of Things, sono sempre più numerosi gli oggetti che riescono a comunicare in modalità wireless tra di loro, attraverso l’aiuto dei sensori.

I campi di applicazione sono numerosissimi, dai macchinari delle fabbriche, all’automotive, alla sicurezza della casa, solo per citare alcuni esempi. Con la possibilità di connettere sempre più oggetti, cresce anche il loro consumo energetico ed è proprio da questa considerazione che nasce il progetto Zepowel lighthouse.

Il problema era stato portato alla luce già nel 2013, quando uno studio condotto dall’Agenzia Internazionale dell’Energia di Parigi aveva sottolineato che il consumo di energia di tutti i dispositivi in rete a livello globale era pari alla domanda totale di energia elettrica di tutta la Germania.

Come punto di partenza, il progetto si è concentrato su due nodi di sensori: un nodo sensore autosufficiente che si rifornisce di energia e raccoglie dati ambientali sulla qualità dell’aria e un altro che registra lo stato di funzionamento di macchine, motori o pompe, al fine di ridurre drasticamente il loro consumo energetico.

“L’hardware del nodo del sensore che abbiamo sviluppato nel progetto si distingue perché può essere costruito in modo modulare da vari blocchi di costruzione, permettendo di adattarlo a una serie di applicazioni”, spiega Erik Jung, membro del team del progetto presso l’Istituto Fraunhofer per l’affidabilità e la microintegrazione (IZM), l’istituto che ha messo insieme i singoli sviluppi degli istituti partecipanti per creare un insieme funzionale.

Una caratteristica significativa del nodo sensore autosufficiente, noto come “nodo della città intelligente“, è che cade in una modalità di sonno profondo ad alto risparmio energetico quando non è necessario. In questo stato, consuma solo pochi nanowatt e si accende solo quando viene attivato in modalità wireless.

Si tratta di un prodotto piccolo, con un prezzo sostenibile e che non richiede manutenzione. Nei prossimi mesi verrà installato in auto e autobus dove, sfruttando un convertitore di energia, il nodo otterrà la potenza necessaria dalle dalle vibrazioni che sperimenta durante i viaggi.

“In futuro, sensori come questi potrebbero anche essere distribuiti in applicazioni agricole per misurare l’umidità del suolo e il contenuto di nutrienti in siti specifici con un alto livello di precisione, permettendo agli agricoltori di irrigare e fertilizzare i loro terreni in modo più mirato”, aggiunge Jung.

Il secondo tipo di nodo sensore sarà usato in macchine con motori, inizialmente in macchine utensili che un partner industriale sta fornendo. Nell’industria, infatti, sono presenti ancora oggi macchine che devono essere avviate e fermate manualmente. Una volta che un ordine è stato completato, continuano ad essere inattivi finché qualcuno non preme il pulsante on/off.

Il nodo che stanno sviluppando i ricercatori del progetto Zepowel lighthouse cerca di risolvere questo problema. Oltre alla tecnologia di misurazione, il nuovo nodo sensore contiene ora un’innovativa elettronica di potenza per l’attivazione di 15 kilowatt con tensioni di commutazione fino a 850 volt.

Il nodo è collegato alla macchina e può quindi alimentarla o togliere potenza, oppure farla funzionare alla velocità richiesta. “Nel mondo industriale, ci sono ancora molte macchine che funzionano senza la possibilità di poterne controllare la velocità. Secondo una stima approssimativa, le emissioni di anidride carbonica in Germania si ridurrebbero di circa il 20% se l’industria facesse un uso estensivo di sensori intelligenti con controlli integrati”, aggiunge Jung.

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Michelle Crisantemi

Giornalista bilingue laureata presso la Kingston University di Londra. Da sempre appassionata di politica internazionale, ho vissuto, lavorato e studiato in Spagna, Regno Unito e Belgio, dove ho avuto diverse esperienze nella gestione di redazioni multimediali e nella correzione di contenuti per il Web. Nel 2018 ho lavorato come addetta stampa presso il Parlamento europeo, occupandomi di diritti umani e affari esteri. Rientrata in Italia nel 2019, ora scrivo prevalentemente di tecnologia e innovazione.

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