MIT科研團隊研發(fā)出無需電池即可自供電的傳感器，充分利用環(huán)境能源完成任務(wù)。此裝置擺脫電池及維護更換困擾，輕松植入不易觸達之處，如船用發(fā)動機內(nèi)，持續(xù)收集機器功耗和運行信息。

通過優(yōu)化設(shè)計的溫度感知設(shè)施，此傳感器能從傳輸電力的電線附近產(chǎn)生磁場的環(huán)境中汲取能量。只需要靠近與電機相連的輸電線路，便可自動收集并儲備能量以監(jiān)控電機的溫度變化。

據(jù)麻省理工大學(xué)電子工程與計算機科學(xué)（EECS）教授，電子實驗室成員史蒂夫·李布（Steve Leeb）介紹，該傳感器工作原理為在特定的焊接接頭上收集能量，使其易于安裝布置。

相關(guān)論文已在IEEE傳感器期刊1月特刊中發(fā)布，提供了針對能量回收傳感器的設(shè)計指南，幫助工程師在環(huán)境中的可用能源與感知需求間尋找平衡。同時提供了關(guān)鍵元件及控制能量流動的流程圖，目標不僅限于收集磁場能量的傳感器，亦適用于采用其他能源來源（如振動或太陽光）的傳感器部署。

在環(huán)保、廉價且安全方面，這項設(shè)計架構(gòu)有巨大潛力。只需對工廠、倉庫和商業(yè)空間進行布局，便可形成一個集成度高的傳感器網(wǎng)絡(luò)，解決安裝和維護成本問題。

面臨的主要挑戰(zhàn)有三項：系統(tǒng)啟動優(yōu)化；順應(yīng)環(huán)境能源；盡量減少維護費用。他們具體步驟如下：利用先進的集成功率和晶體管網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使系統(tǒng)可在無初始電壓狀態(tài)下啟動；設(shè)定到達一定量度閾值后再開車；在不依賴電池前提下有效導(dǎo)入與轉(zhuǎn)化所獲得的能量，減少火災(zāi)發(fā)生概率；優(yōu)化儲能技術(shù)，采用小型電容器替代電池并預(yù)設(shè)充電時間上限，保證設(shè)備正常啟動與收集電能；為滿足長期監(jiān)測需求，設(shè)計足夠容量的電容器即便因時間流失部分能量，仍能保持適當(dāng)?shù)哪芰抗?yīng)量。

最后，他們還開發(fā)了一系列控制算法，用于動態(tài)測量和預(yù)算設(shè)備收集、存儲和使用的能量。微控制器是能量管理界面的 “大腦”，它不斷檢查儲存了多少能量，并推斷是否要打開或關(guān)閉傳感器、進行測量，或者將收割機調(diào)到更高的檔位，以便收集更多能量，滿足更復(fù)雜的傳感需求。

利用這一設(shè)計框架，他們?yōu)橐粋€現(xiàn)成的溫度傳感器構(gòu)建了一個能量管理電路。該設(shè)備收集磁場能量，并利用磁場能量不斷采樣溫度數(shù)據(jù)，然后通過藍牙將數(shù)據(jù)發(fā)送到智能手機接口。

研究人員使用超低功耗電路設(shè)計該設(shè)備，但很快發(fā)現(xiàn)，這些電路在崩潰前可承受的電壓有嚴格限制。收集過多電能可能導(dǎo)致設(shè)備爆炸。

為了避免這種情況，他們在微控制器中安裝了能量收集器操作系統(tǒng)，一旦存儲的能量過多，該系統(tǒng)就會自動調(diào)整或減少能量收集。

未來，研究人員計劃探索能耗較低的數(shù)據(jù)傳輸方法，例如使用光學(xué)或聲學(xué)。他們還希望更嚴格地模擬和預(yù)測進入系統(tǒng)的能量，或傳感器測量所需的能量，以便設(shè)備能有效地收集更多數(shù)據(jù)。