Het moment dat u hoorde over het internet of things of nog preciezer, internet-of-everything, zal inmiddels een hele hoop jaren in het verleden liggen. Grote beloftes werden gedaan en het aantal sensoren is nog harder gegroeid dan de voorspellingen waren, maar heel energiezuinig zijn ze nog steeds niet. Een van de plekken waar energie bezuinigd kan worden, is bijvoorbeeld bij het omzetten van fysieke signalen in digitale, maar ook bij het 'altijd aan' laten staan van de sensor. Door die twee plekken aan te pakken, wist onderzoeker Harijot Singh Bindra van de Universiteit Twente (UT) de energieconsumptie met een factor twee tot drie omlaag te brengen.
Dat laatste vindt de UT zeker niet onprettig, omdat ze daarmee weer het best presterende stukje iot-hardware hebben gebouwd met betrekking tot energiezuinigheid, althans volgens hun eigen berichtgeving. Het doel van ultrazuinige iot-apparaatjes is om op plekken waar het lastig of zelfs schier onmogelijk is om een batterij te vervangen, deze noodzaak tot een absoluut minimum te beperken. In het verleden werd ons al vaak verteld dat iot-apparaatjes tot wel tien jaar met een enkele batterij zouden moeten kunnen doen, maar dat kan lastig zijn, zeker als een sensor altijd aan moet staan.
Energie uit omgeving
Er zijn andere mogelijkheden dan batterijen alleen, zoals energie uit de omgeving halen door bijvoorbeeld beweging of door chemische processen die energie opwekken te benutten, zoals processen in de grond in de buurt van bepaalde planten. Maar niet overal is dit mogelijk of wenselijk.
Bindra wist voor zijn dissertatie-onderzoek winst te behalen bij de analoog-digitaalomzetter en bij de condensatoren die zorgen voor de spanning om het analoge signaal op te vangen, bijvoorbeeld een beweging. Elke stap in zijn systeem kost minder dan een picojoule per conversiestap (10-12). Bij de analoog-digitaalomzetter die hij heeft ontworpen, maakt hij gebruik van ‘successive approximation’, wat zoveel inhoudt als dat het ingangssignaal met een referentiesignaal vergeleken wordt in de zogenaamde ‘comparator’. Dit onderdeel verbruikt typisch zo’n 50 tot 60 procent van alle energie. Door maar een deel van de energie te gebruiken, alleen de energie die nodig is, is veel te besparen.
Een ander belangrijk onderdeel waar besparing gehaald kon worden, is de koppeling van de sensor met de condensator. De sensor heeft vaak niet de hele capaciteit van de condensator nodig, waardoor energie verloren gaat. Door twee condensatoren in te zetten, eentje met het hele spanningsbereik van de sensor en eentje met een lager bereik (bijvoorbeeld de helft), kan veel energie bespaard worden.
Het klinkt als heel kleine stapjes en weinig nuttig, maar over de termijn van tien jaar gebruik, tellen al die kleine beetjes aardig op. De hele paper van Bindra is te vinden bij UT en heet ‘Low energy design techniques for data converters‘.
